JP2006179436A - Light emitting element and display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は発光素子及び発光素子アレイに関するものである。特に多孔質発光体層からなるものであり構成が簡単で製造が容易であり、低消費電力であり、かつ大型ディスプレイ用として好適である発光素子及び表示装置に関するものである。 The present invention relates to a light emitting element and a light emitting element array. In particular, the present invention relates to a light-emitting element and a display device that are made of a porous light-emitting layer, have a simple configuration, are easy to manufacture, have low power consumption, and are suitable for large-sized displays.
近年、大型のフラットディスプレイとして液晶ディスプレイやプラズマディスプレイが広く使用されるようになってきているが、さらに高画質、高効率であるディスプレイを追求する開発が進められている。このようなディスプレイの候補として、エレクトロルミネッセンスディスプレイ(ELD)や電界放出ディスプレイ(FED)がある。非特許文献1にはELDについて、概ね次のように記載されている。発光層である蛍光体に絶縁層を介して電界を加える構造を基本とするものであり、有機分散型と薄膜型が知られている。有機分散型は不純物のCuなどを添加したZnSの粒子を有機物中に分散させ、この上に絶縁層を形成し、上下の電極で挟持する構造を有する。不純物は蛍光体粒子中にpn接合を形成し、電界が印加されると接合面に発生する高電界により放出された電子が加速されたのち、正孔と再結合して発光する。薄膜型は発光層であるMnドープZnSなどの蛍光体薄膜が絶縁体層を介して電極を配置する構造を有している。絶縁体層が存在することにより発光層には高電界を印加することが可能となり、電界で加速された放出電子が発光中心を励起し発光する。
In recent years, liquid crystal displays and plasma displays have been widely used as large flat displays, but developments are being pursued in pursuit of displays with higher image quality and higher efficiency. Examples of such display candidates include an electroluminescence display (ELD) and a field emission display (FED).
一方、FEDは真空容器中に電子放出素子とこれに対向させた蛍光体よりなる構造を有し、電子放出素子により真空中に放出された電子を加速して蛍光体層に照射し発光させるものである。 On the other hand, the FED has a structure comprising an electron-emitting device and a phosphor facing the electron-emitting device in a vacuum container, and accelerates electrons emitted into the vacuum by the electron-emitting device to irradiate the phosphor layer to emit light. It is.
いずれのデバイスも電子放出が発光のきっかけとなるため、低電圧、高効率で電子を放出する技術が重要である。このような技術として誘電体の分極反転による電子放出が着目されている。例えば、下記非特許文献2には、図22で示すように、一方の面に設置された平面電極32と他方の面に設置された格子状電極33を有するPZTセラミック31を真空容器36中でグリッド電極35を介して白金電極34に対向させ、電極間にパルス電圧を印加することにより、電子が放出されることを提案している。37は排気口である。同提案によれば、容器内の圧力は1.33Pa(10-2Torr)であり、大気圧では放電しないと記載されている。
In any device, electron emission is a trigger for light emission, so a technique for emitting electrons with low voltage and high efficiency is important. As such a technique, attention is focused on electron emission by polarization inversion of a dielectric. For example, in
誘電体の分極反転により放出される電子を真空容器中で加速し、蛍光体層を発光させること、あるいはこの発光を用いたディスプレイは、下記特許文献1や下記特許文献2にも記載されているが、基本的な構成は非特許文献2の白金電極に代えて、蛍光体層を有する電極とする構成により、蛍光体層を発光させるものである。
A display using the light emission by accelerating the electrons emitted by the polarization reversal of the dielectric in the vacuum container and causing the phosphor layer to emit light, is also described in the following
一方、強誘電体の分極反転による放出電子を非真空中で用いた発光素子は例えば、下記特許文献3に電気発光面光源素子として開示されている。この素子は、図23に示すように、基板45上に下部電極42、強誘電体薄膜41、上部電極43、キャリア増倍層48、発光層44、透明電極46の順で形成されており、上部電極は開口部47を有している。下部電極と上部電極間の印加電圧パルスを反転させることにより電子が上部電極開口部よりキャリア増倍層に放出され、さらに透明電極に印加された正の電圧により加速され、電子を増倍しつつ発光層に達して発光する。キヤリア増倍層は比誘電率が比較的低く、かつ発光層で放出される発光波長を吸収しないバンドギャップを有する半導体で構成されていることが記載されている。この素子は、一種のELDと考えることができる。また、特許文献4には、スパッタにより形成された蛍光体からなる発光層を表裏の絶縁層で挟持してパルス電界を印加する構成において、一方の絶縁体が強誘電体薄膜からなる構成が開示されている。
On the other hand, a light-emitting element using electrons emitted by polarization inversion of a ferroelectric substance in a non-vacuum is disclosed as an electroluminescent surface light source element in
さらに、下記特許文献5には蛍光体層を有するカラー表示装置が開示されていて、図24にその部分拡大図を示すようにガラス基板51の上にはX電極52及び誘電体層53が配置され、もう1つのガラス基板56にはY電極55が配置されY電極55の上に蛍光体層54を全面的に形成した後その上を誘電体層53で覆ってガス放電空間59に接して対向させたものである。
前記の従来技術において真空を要するものは構造が複雑であり、かつ高価になるといった問題がある。例えば、プラズマディスプレイは大型のパネルを構成できるが、真空容器を必要とし、かつ放電空間を形成する必要があるため構造が複雑で高価なものとなっている。また、プラズマディスプレイは放電エネルギーが一旦紫外線エネルギーに変換され、紫外線が蛍光体の発光中心を励起することによって発光させるため発光効率を高くすることが困難であり、大型ディスプレイを作製したとき消費電力が大きくなるといった問題がある。また、薄膜ELを用いるものは薄膜形成プロセスを用いるため、設備が大規模になるといった問題がある。さらに、大画面のディスプレイの作製が困難であり、製品化されたものは知られていない。 The above-described prior art requiring a vacuum has a problem that the structure is complicated and expensive. For example, a plasma display can constitute a large panel, but it requires a vacuum vessel and a discharge space, so that the structure is complicated and expensive. In addition, it is difficult to increase the light emission efficiency of plasma displays because the discharge energy is once converted into ultraviolet energy, and the ultraviolet rays emit light by exciting the emission center of the phosphor. There is a problem of becoming larger. Moreover, since the thing using thin film EL uses a thin film formation process, there exists a problem that an installation becomes large-scale. Furthermore, it is difficult to produce a large-screen display, and a commercial product is not known.
本発明は、多孔質発光体層で構成される発光体からなるものであり、製造が容易な発光素子及び表示装置を提供する。また、多孔質発光体層を用いることにより発光効率が高く、低消費電力で、かつ大型ディスプレイ用に好適な発光素子及び表示装置を提供する。さらに、本発明の発光素子は気体に電界を印加して気体層の絶縁破壊により発生する一次電子で多孔質発光体層を照射し、発光効率が良好な発光素子と表示装置を提供する。 The present invention provides a light-emitting element and a display device that are made of a light-emitting body composed of a porous light-emitting body layer and can be easily manufactured. In addition, a light-emitting element and a display device that have high luminous efficiency, low power consumption, and are suitable for a large display by using a porous luminous body layer are provided. Furthermore, the light-emitting element of the present invention provides a light-emitting element and a display device with good light emission efficiency by applying an electric field to gas and irradiating the porous light-emitting layer with primary electrons generated by dielectric breakdown of the gas layer.
本発明の発光素子は、気体層と誘電体層と多孔質発光体層とA電極とB電極からなる一対の電極及びC電極を含む発光素子であって、前記多孔質発光体層は前記誘電体層に接して配置され、前記気体層は前記多孔質発光体層に接して配置され、前記A電極と前記B電極からなる前記一対の電極は前記誘電体層の少なくとも一部に電界が印加されるように配置され、前記C電極は前記誘電体層に電界が印加されるように前記誘電体層に接して配置されていることを特徴とする。 The light emitting device of the present invention is a light emitting device including a gas layer, a dielectric layer, a porous light emitting layer, a pair of electrodes consisting of an A electrode and a B electrode, and a C electrode, wherein the porous light emitting layer is the dielectric layer. The gas layer is disposed in contact with the porous luminous body layer, and the pair of electrodes including the A electrode and the B electrode applies an electric field to at least a part of the dielectric layer. The C electrode is disposed in contact with the dielectric layer so that an electric field is applied to the dielectric layer.
本発明の表示装置は、前記の発光素子を備え、前記発光素子は1色又は複数色の発光セルとして複数配列されるとともに、各発光セルに対応する色の多孔質蛍光体層又はカラーフィルター層が配設され、前記多孔質蛍光体層が沿面発光する表示パネルを備えたことを特徴とする。 The display device of the present invention includes the light-emitting element, and a plurality of the light-emitting elements are arranged as light-emitting cells of one color or a plurality of colors, and a porous phosphor layer or a color filter layer having a color corresponding to each light-emitting cell. Is provided, and the porous phosphor layer includes a display panel that emits light on the surface.
本発明の発光素子は、多孔質発光体層で構成される発光体からなるものであり、製造が容易な発光素子及び表示装置を提供できる。また、多孔質発光体層を用いることにより発光効率が高く、低消費電力で、かつ大型ディスプレイ用に好適な発光素子及び表示装置を提供できる。さらに、本発明の発光素子は気体に電界を印加して気体層の絶縁破壊により発生する一次電子で多孔質発光体層を照射し、発光効率が良好な発光素子と表示装置を提供できる。 The light-emitting element of the present invention comprises a light-emitting body composed of a porous light-emitting body layer, and can provide a light-emitting element and a display device that can be easily manufactured. In addition, by using the porous light emitting layer, it is possible to provide a light emitting element and a display device that have high luminous efficiency, low power consumption, and suitable for a large display. Furthermore, the light-emitting element of the present invention can provide a light-emitting element and a display device with good light emission efficiency by applying an electric field to gas and irradiating the porous light-emitting layer with primary electrons generated by dielectric breakdown of the gas layer.
また、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。 In addition, a thin film formation process is not used for manufacturing a light emitting element as in the prior art, and since a vacuum system and a carrier multiplication layer are not required, the structure is simple, and manufacturing and processing are easy.
また、本発明の発光素子は前記のA電極とB電極間に電圧を印加する。印加電圧の上昇により気体の絶縁破壊電圧に達すると前記気体層で一次電子と紫外線が発生する。この時発生した電子は誘電体層の影響で多孔質発光体層の方向に引っ張られ、電子が多孔質発光体層に注入される。そのため多孔質構造を有する発光体層では沿面放電(電子雪崩)が発生し電子増倍を生じるようになる。その結果、多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて発光する。また、気体層で発生した紫外線により多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて発光する。 In the light emitting device of the present invention, a voltage is applied between the A electrode and the B electrode. When the breakdown voltage of the gas is reached by the increase of the applied voltage, primary electrons and ultraviolet rays are generated in the gas layer. The electrons generated at this time are pulled in the direction of the porous light emitter layer due to the influence of the dielectric layer, and the electrons are injected into the porous light emitter layer. Therefore, creeping discharge (electron avalanche) occurs in the light emitting layer having a porous structure, and electron multiplication occurs. As a result, the luminescent center of the phosphor particles in the porous luminescent layer is excited to emit light. In addition, the light emission centers of the phosphor particles in the porous light emitting layer are excited by the ultraviolet rays generated in the gas layer to emit light.
その際、誘電体層に接して設けられたC電極に電圧を印加することにより、発光体層の発光の程度を調整することができる。すなわち、C電極に0バイアスや+バイアスを印加すれば、多孔質発光体層の方向に引っ張られる電子の密度を上げ、その結果として発光の程度が増強される。逆に−バイアスを印加すれば多孔質発光体層の方向に引っ張られる電子の密度を下げ、結果として発光の程度が抑制される。このように本発明は誘電体に接してC電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の強度を調整でき、発光輝度の階調表示ができる。 At that time, by applying a voltage to the C electrode provided in contact with the dielectric layer, the light emission level of the light emitting layer can be adjusted. That is, if 0 bias or + bias is applied to the C electrode, the density of electrons pulled in the direction of the porous light emitter layer is increased, and as a result, the degree of light emission is enhanced. Conversely, if a -bias is applied, the density of electrons pulled in the direction of the porous light emitter layer is lowered, and as a result, the degree of light emission is suppressed. As described above, in the present invention, by arranging the C electrode in contact with the dielectric, it is possible to adjust the light emission intensity of the porous light emitting layer and to display the gradation of the light emission luminance.
さらに、本発明の発光素子は発光効率が良好であり、大型ディスプレイにしたときの消費電力が比較的小さい発光素子から構成される発光素子アレイを提供することができる。 Furthermore, the light-emitting element of the present invention can provide a light-emitting element array having a light-emitting efficiency and a light-emitting element that consumes relatively little power when a large display is used.
本発明の発光素子は気体層と誘電体層と多孔質発光体層とA電極とB電極からなる一対の電極及びC電極を含む発光素子であって、前記多孔質発光体層は前記誘電体層に接して配置され、さらに前記気体層は前記多孔質発光体層気体層に接して配置され、前記A電極と前記B電極からなる前記一対の電極は前記誘電体層の少なくとも一部に交番電界が印加されるように配置し、前記C電極は前記誘電体層に電界が印加されるように前記誘電体層に接して設ける。 The light emitting device of the present invention is a light emitting device including a gas layer, a dielectric layer, a porous light emitting layer, a pair of electrodes composed of an A electrode and a B electrode, and a C electrode, wherein the porous light emitting layer is the dielectric. The gas layer is disposed in contact with the porous light emitter layer gas layer, and the pair of electrodes including the A electrode and the B electrode are alternately disposed on at least a part of the dielectric layer. The C electrode is disposed in contact with the dielectric layer so that an electric field is applied to the dielectric layer.
具体的には下記の構成を含む。
(i) 気体層と誘電体層と多孔質発光体層とA電極とB電極からなる一対の電極及びC電極を含む発光素子であって、隔壁間に前記誘電体層に接して前記多孔質発光体層を配置し、さらに前記気体層は前記多孔質発光体層気体層に接して配置され、前記隔壁の上に透光性基板を配置し、前記一対の電極は前記誘電体層の少なくとも一部に交番電界が印加されるように前記透光性基板又は前記隔壁に接して設け、前記C電極は前記誘電体層に電界が印加されるように前記誘電体層に接して設ける。
(ii) 気体層と誘電体層と多孔質発光体層とA電極とB電極からなる一対の電極及びC電極を含む発光素子であって、前記誘電体に凹部と凸部を設け、前記誘電体の前記凹部に前記多孔質発光体層を前記誘電体層に接して配置し、さらに前記気体層は前記多孔質発光体層気体層に接して配置され、前記誘電体の前記凸部の上に透光性基板を配置し、前記一対の電極は前記誘電体層の少なくとも一部に交番電界が印加されるように前記透光性基板又は前記誘電体の凸部に接して配置し、前記C電極は前記誘電体層に電界が印加されるように前記誘電体層に接して設ける。
(iii) 気体層と誘電体層と多孔質発光体層とA電極とB電極からなる一対の電極及びC電極を含む発光素子であって、前記一対の電極は前記誘電体層の少なくとも一部に交番電界が印加されるように前記誘電体層に接して配置し、さらに前記気体層は前記多孔質発光体層気体層に接して配置され、前記気体層の少なくとも一部は前記A電極と前記B電極を結ぶ直線上に位置し、かつ前記多孔質発光体は前記誘電体層に接して配置され、前記C電極は前記誘電体層に電界が印加されるように前記誘電体層に接して設ける。
(iv) 気体層と誘電体層と多孔質発光体層とA電極とB電極からなる一対の電極及びC電極を含む発光素子であって、隔壁間に前記誘電体層に接して前記多孔質発光体層を配置し、さらに前記気体層は前記多孔質発光体層気体層に接して配置され、前記隔壁の上に透光性基板を配置し、前記一対の電極は前記誘電体層の少なくとも一部に交番電界が印加されるように前記透光性基板又は前記隔壁に接して設け、前記C電極は前記誘電体層に電界が印加されるように前記誘電体層に埋設する。
Specifically, the following configuration is included.
(i) A light emitting device including a gas layer, a dielectric layer, a porous light emitting layer, a pair of electrodes consisting of an A electrode and a B electrode, and a C electrode, wherein the porous layer is in contact with the dielectric layer between partition walls. A phosphor layer, and the gas layer is disposed in contact with the porous phosphor layer gas layer, a translucent substrate is disposed on the partition wall, and the pair of electrodes includes at least the dielectric layer. The C electrode is provided in contact with the dielectric layer so that an electric field is applied to the dielectric layer.
(ii) A light emitting device including a gas layer, a dielectric layer, a porous light emitter layer, a pair of electrodes consisting of an A electrode and a B electrode, and a C electrode, wherein the dielectric is provided with a concave portion and a convex portion, The porous light emitter layer is disposed in contact with the dielectric layer in the concave portion of the body, and the gas layer is disposed in contact with the gas layer of the porous light emitter layer, on the convex portion of the dielectric. A translucent substrate, and the pair of electrodes are disposed in contact with the translucent substrate or the convex portion of the dielectric so that an alternating electric field is applied to at least a part of the dielectric layer, The C electrode is provided in contact with the dielectric layer so that an electric field is applied to the dielectric layer.
(iii) A light emitting device including a gas layer, a dielectric layer, a porous light emitter layer, a pair of electrodes composed of an A electrode and a B electrode, and a C electrode, wherein the pair of electrodes is at least part of the dielectric layer Are arranged in contact with the dielectric layer so that an alternating electric field is applied thereto, and the gas layer is arranged in contact with the porous light emitter layer gas layer, and at least a part of the gas layer is connected to the A electrode. Located on a straight line connecting the B electrodes, the porous light emitter is disposed in contact with the dielectric layer, and the C electrode is in contact with the dielectric layer so that an electric field is applied to the dielectric layer. Provide.
(iv) A light emitting device including a gas layer, a dielectric layer, a porous luminescent layer, a pair of electrodes consisting of an A electrode and a B electrode, and a C electrode, wherein the porous layer is in contact with the dielectric layer between partition walls. A phosphor layer, and the gas layer is disposed in contact with the porous phosphor layer gas layer, a translucent substrate is disposed on the partition wall, and the pair of electrodes includes at least the dielectric layer. The C electrode is embedded in the dielectric layer so that an electric field is applied to the dielectric layer.
上記のように構成することにより、前記のA電極とB電極間に交番電圧を印加し、印加電圧の上昇により気体の絶縁破壊電圧に達すると、前記気体層で一次電子と紫外線が発生する。この時発生した電子は誘電体層の影響で多孔質発光体層の方向に引っ張られ、電子が多孔質発光体層に注入される。そのため多孔質構造を有する発光体層では沿面放電(電子雪崩)が発生し電子増倍を生じるようになる。その結果、多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて多孔質発光体層が均一に満遍なく発光する。また、気体層で発生した紫外線により多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて発光する。その際、誘電体層に接して設けられたC電極に電圧を印加することにより、発光体層の発光の程度を調整することができる。すなわち、C電極に0バイアスや+バイアスを印加すれば、多孔質発光体層の方向に引っ張られる電子の密度を上げ、その結果として発光の程度が増強される。逆にバイアスを印加すれば多孔質発光体層の方向に引っ張られる電子の密度を下げ、その結果として発光の程度が抑制される。このように本発明は誘電体に接してC電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の強度を調整し、発光輝度の階調表示ができる。 By configuring as described above, when an alternating voltage is applied between the A electrode and the B electrode and the breakdown voltage of the gas is reached by the increase of the applied voltage, primary electrons and ultraviolet rays are generated in the gas layer. The electrons generated at this time are pulled in the direction of the porous light emitter layer due to the influence of the dielectric layer, and the electrons are injected into the porous light emitter layer. Therefore, creeping discharge (electron avalanche) occurs in the light emitting layer having a porous structure, and electron multiplication occurs. As a result, the luminescent center of the phosphor particles in the porous luminescent layer is excited and the porous luminescent layer emits light uniformly and evenly. In addition, the light emission centers of the phosphor particles in the porous light emitting layer are excited by the ultraviolet rays generated in the gas layer to emit light. At that time, by applying a voltage to the C electrode provided in contact with the dielectric layer, the light emission level of the light emitting layer can be adjusted. That is, if 0 bias or + bias is applied to the C electrode, the density of electrons pulled in the direction of the porous light emitter layer is increased, and as a result, the degree of light emission is enhanced. On the contrary, if a bias is applied, the density of electrons pulled in the direction of the porous light emitter layer is lowered, and as a result, the degree of light emission is suppressed. As described above, in the present invention, by arranging the C electrode in contact with the dielectric, the light emission intensity of the porous light emitter layer can be adjusted, and the gradation of the light emission luminance can be displayed.
上述のように、本発明の発光素子は気体層と誘電体層と多孔質発光体層とA電極とB電極からなる一対の電極及びC電極を含む発光素子であって、前記多孔質発光体層は前記誘電体層に接して配置され、さらに前記気体層は前記多孔質発光体層気体層に接して配置され、前記A電極と前記B電極からなる前記一対の電極は前記誘電体層の少なくとも一部に交番電界が印加されるように配置し、前記C電極は前記誘電体層に電界が印加されるように前記誘電体層に接して設ける。 As described above, the light emitting device of the present invention is a light emitting device including a gas layer, a dielectric layer, a porous light emitter layer, a pair of electrodes composed of an A electrode and a B electrode, and a C electrode, and the porous light emitter. The layer is disposed in contact with the dielectric layer, the gas layer is disposed in contact with the porous light emitter layer gas layer, and the pair of electrodes including the A electrode and the B electrode is formed of the dielectric layer. It is arranged so that an alternating electric field is applied to at least a part, and the C electrode is provided in contact with the dielectric layer so that an electric field is applied to the dielectric layer.
前記気体層の間隙は任意のものとすることができるが、1μm以上300μm以下の範囲で設けることが好ましい。1μm未満では間隙の制御が困難となる傾向になり、300μmを超えると絶縁破壊を起こすのが困難となる傾向にある。一般的に大気中での空気の絶縁破壊は3kV/mmで、300V以上(100μmの間隙で)の電界を印加する必要がある。減圧すれば300V以下で絶縁破壊が起こるが、高電圧をかけるとセル構造の色々な箇所にダメージを生ずる。したがって、ダメージを生じない程度の電圧をかけるために前記間隔の範囲が好ましい。前記間隔は10μm以上100μm以下がより好ましい。 The gap between the gas layers can be arbitrary, but is preferably provided in the range of 1 μm to 300 μm. If it is less than 1 μm, it tends to be difficult to control the gap, and if it exceeds 300 μm, it tends to be difficult to cause dielectric breakdown. In general, dielectric breakdown of air in the atmosphere is 3 kV / mm, and it is necessary to apply an electric field of 300 V or more (with a gap of 100 μm). When the pressure is reduced, dielectric breakdown occurs at 300 V or lower, but when a high voltage is applied, damage is caused to various parts of the cell structure. Therefore, the range of the interval is preferable in order to apply a voltage that does not cause damage. The interval is more preferably 10 μm or more and 100 μm or less.
本発明の多孔質発光体層の形成には薄膜形成プロセス、真空系、キャリア増倍層等を必要としないものであり、それを用いて構成される発光素子自体の構造も比較的簡単であり、製造が容易であるという特徴を有している。また、本発明の発光素子は気体層で絶縁破壊を発生させ、その結果、放出される一次電子と紫外線を多孔質構造の発光体層中に注入し、一次電子により発光体層で沿面放電を発生させて蛍光体粒子の発光中心を励起、さらに紫外線励起により発光させるという点に特徴があり、そのため本発明の発光素子は発光効率が良好であり、ディスプレイを作製した際の消費電力が比較的小さいものとなる。さらに、本発明の発光素子は隣接する多孔質発光体層間に発光色の分離手段として隔壁を設けることにより、発光の際のクロストークを容易に回避することが可能である。 The formation of the porous phosphor layer of the present invention does not require a thin film formation process, a vacuum system, a carrier multiplication layer, etc., and the structure of the light emitting device itself constructed using it is relatively simple. It has the feature that it is easy to manufacture. In addition, the light emitting device of the present invention causes dielectric breakdown in the gas layer, and as a result, the emitted primary electrons and ultraviolet rays are injected into the light emitting layer having a porous structure, and the primary electrons cause creeping discharge in the light emitting layer. It is characterized in that it is generated to excite the emission center of the phosphor particles, and further emits light by ultraviolet excitation. Therefore, the light emitting device of the present invention has good luminous efficiency, and consumes relatively little power when a display is manufactured. It will be small. Furthermore, the light-emitting element of the present invention can easily avoid crosstalk during light emission by providing a partition as a means for separating the light emission color between adjacent porous light-emitting layers.
ここでクロストークとは、ある画素と隣り合う画素同士の発光が互いに影響して発光効率を落とす現象をいう。 Here, crosstalk refers to a phenomenon in which the light emission between pixels adjacent to a certain pixel influences each other to lower the light emission efficiency.
本発明の放電分離手段は、特に隔壁及び/又は空間等を設けて構成することが好ましい。前記多孔質発光層を分離する隔壁は、厚さ80〜300μmの電気的絶縁体とするのが好ましい。 The discharge separation means of the present invention is particularly preferably configured by providing partition walls and / or spaces. The partition wall separating the porous light emitting layer is preferably an electrical insulator having a thickness of 80 to 300 μm.
隔壁にする場合は、無機材料で形成するのが好ましい。無機材料としては、ガラス、セラミック、誘電体等を使用することができる。誘電体としては、Y2O3,Li2O,MgO,CaO,BaO,SrO,Al2O3,SiO2,MgTiO3, CaTiO3,BaTiO3,SrTiO3,ZrO2,TiO2,B2O3,PbTiO3,PbZrO3,PbZrTiO3(PZT)等がある。 When the partition wall is used, it is preferably formed of an inorganic material. As the inorganic material, glass, ceramic, dielectric or the like can be used. Dielectrics include 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 , B 2 O 3 , PbTiO 3 , PbZrO 3 , PbZrTiO 3 (PZT), etc.
本発明は、一対の電極間に交番電界を印加することにより、放出された電子が多孔質発光体層で雪崩的に沿面放電を発生させる。その結果、放出された電子により発光中心を励起して前記多孔質発光体を発光させる。なお、前記の交番電界の代わりに直流電界でも差し支えない。 In the present invention, by applying an alternating electric field between a pair of electrodes, the emitted electrons generate a creeping discharge in an avalanche in the porous luminescent layer. As a result, the luminescent center is excited by the emitted electrons to cause the porous luminescent material to emit light. A DC electric field may be used instead of the alternating electric field.
次に本発明の表示装置は、前記発光素子を用いて例えば全画素から白色光を発光させ、カラーフィルター層を用いて各画素ごとにカラー表示しても良いし、各画素をR,G,B色の発光セルとして複数配列させてカラー表示しても良い。 Next, in the display device of the present invention, for example, white light may be emitted from all pixels using the light emitting element, and color display may be performed for each pixel using a color filter layer. A plurality of B light emitting cells may be arranged and displayed in color.
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は本実施の形態における発光素子の断面図であり、図2乃至図6は本実施の形態における発光素子の製造工程を説明するための図である。これらの図において100は気体層、1は発光素子、2は多孔質発光体層、3は蛍光体粒子、4は絶縁層、5は基板、6はA電極、7はB電極、8は透光性基板、10は誘電体層、11は隔壁及び17はC電極である。また、図7は本実施の形態における多孔質発光体層の断面を拡大した模式図であり、図8は本実施の形態における他の発光素子の断面図である。さらに、図9は本実施の形態におけるC電極に印加される電圧の一例を示す図であり、図10と図11は本実施の形態におけるA電極とB電極間に交番電圧を印加により発生した一次電子がC電極に正電圧と負電圧がそれぞれ印加されたときにどの様に加速されるかの状態を示す模式図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a light-emitting element in this embodiment mode, and FIGS. 2 to 6 are views for explaining a manufacturing process of the light-emitting element in this embodiment mode. In these figures, 100 is a gas layer, 1 is a light emitting element, 2 is a porous light emitter layer, 3 is a phosphor particle, 4 is an insulating layer, 5 is a substrate, 6 is an A electrode, 7 is a B electrode, and 8 is a transparent material. An optical substrate, 10 is a dielectric layer, 11 is a partition, and 17 is a C electrode. FIG. 7 is an enlarged schematic view of the cross section of the porous light emitting layer in the present embodiment, and FIG. 8 is a cross sectional view of another light emitting element in the present embodiment. Further, FIG. 9 is a diagram showing an example of a voltage applied to the C electrode in the present embodiment, and FIGS. 10 and 11 are generated by applying an alternating voltage between the A electrode and the B electrode in the present embodiment. It is a schematic diagram showing how primary electrons are accelerated when a positive voltage and a negative voltage are respectively applied to a C electrode.
図2に示すように、厚さ約1mmからなるセラミック製の基板5の片面にAgペーストを幅約300μm、厚さ約30μmの厚さに焼き付けて、C電極17を基板5の表面に形成した。次に、図3に示すように誘電体層10をC電極17の上に形成した。具体的には、BaTiO3系粉末40wt%に対してガラス粉末15wt%を混合した粉体にα−テルピネオール40wt%、エチルセルロース5wt%を混練したスラリーを調製し、これを所定の形状にスクリーン印刷してから乾燥し、大気中において400〜600℃で熱処理することにより、約200μmの厚さの誘電体層10を形成した。このときの比誘電率εは50〜100であった。
As shown in FIG. 2, Ag paste was baked to a thickness of about 300 μm and a thickness of about 30 μm on one surface of a
本実施の形態では誘電体としてBaTiO3系を用いたが、SrTiO3系、CaTiO3系、MgTiO3系、PZT(PbZrO3)系、PbTiO3系などの誘電体を用いても同様の効果が得られる。また、Al2O3系、MgO系、ZrO2系などの誘電体を用いても同様の効果が得られるが、比誘電率εが大きい前記誘電体に比べ発光度が弱くなった。しかしながら、これは誘電体層の厚みを薄くすることで改善できる。また、誘電体層にはスパッタ、CVD、蒸着、ゾル・ゲル等の薄膜形成プロセスで誘電体層を形成することもできる。 In this embodiment, a BaTiO 3 system is used as the dielectric, but the same effect can be obtained by using a dielectric such as SrTiO 3 , CaTiO 3 , MgTiO 3 , PZT (PbZrO 3 ), or PbTiO 3. can get. The same effect can be obtained by using Al 2 O 3 -based, MgO-based, ZrO 2 -based dielectrics, but the luminous intensity is weaker than that of the dielectric having a large relative dielectric constant ε. However, this can be improved by reducing the thickness of the dielectric layer. Further, the dielectric layer can be formed by a thin film forming process such as sputtering, CVD, vapor deposition, sol / gel or the like.
もちろん、セラミック製の基板5と誘電体層10を同一の誘電体の焼結体として用いてもよく、誘電体層の焼結体に直接C電極17を焼き付けたものを使用すれば、特に基板5を使用しなくても構わない。誘電体の焼結体を用いた方が比誘電率は大きかった。
Of course, the
なお、使用したBaTiO3系粉末は焼結体にしたときの比誘電率εが2000になるように各種添加剤を混合した。誘電体層の厚さは焼結体を使用した場合や、厚膜プロセスで形成した場合ではかなり異なる。したがって、実際には誘電体層の厚さは容量成分と比誘電率を考慮して調整する。 The BaTiO 3 powder used was mixed with various additives so that the relative dielectric constant ε when it was made into a sintered body was 2000. The thickness of the dielectric layer differs considerably when a sintered body is used or when it is formed by a thick film process. Therefore, the thickness of the dielectric layer is actually adjusted in consideration of the capacitance component and the relative dielectric constant.
次に、誘電体層10の両端部にガラスペーストをスクリーン印刷もしくは転写して乾燥させる操作を複数回に亘って繰り返し行ってから、600℃で焼結した。これにより、図4に示すように、厚さが約100〜500μmの隔壁11が形成された。また、隔壁11は誘電体からなるセラミック粒子を含有するガラスペーストを用いて形成することも可能である。具体的には、BaTiO3とガラス(重量比で3:1)の混合粒子50wt%に対してα−テルピネオール50wt%を加えて混練したペーストを所定のパターンにスクリーン印刷してから乾燥することを繰り返し、印刷された厚さが約120〜600μmになるように調整し、N2雰囲気中において、400〜600℃で2〜5時間、熱処理することにより上述の厚さの隔壁11が形成された。なお、薄膜形成技術を用いれば、多孔質発光体層2の厚さに対応させてかなり薄い隔壁11を形成することも可能である。なお、図1において隔壁の幅は約50μm、高さ約150μm、隔壁間の間隔は約250μmである。
Next, a glass paste was screen printed or transferred to both ends of the
次に、誘電体層10の上に多孔質発光体層2をスクリーン印刷で所定のパターン状に以下の要領で形成した。先ず、MgO等の金属酸化物からなる絶縁層4で表面を被覆した蛍光体粒子3を準備した。蛍光体粒子3として、平均粒径が2〜3μmのBaMgAl10O17:Eu2+(青)、Zn2SiO4:Mn2+(緑)、YBO3:Eu3+(赤)等の無機化合物を用いることが可能である。その表面にMgOからなる絶縁層4を形成する方法はいずれの蛍光体粒子についても共通であり、具体的にはMgプレカーサー錯体溶液に蛍光体粒子3を加えて長時間にわたって攪拌してから蛍光体粒子を取り出して乾燥後、大気中において400〜600℃で熱処理することにより、MgOの均一なコーティング層、すなわち絶縁層4を蛍光体粒子3の表面に形成させた。
Next, the porous
本実施の形態においては上記の絶縁層4を有する蛍光体粒子50wt%に対してα−テルピネオール45wt%、エチルセルロース5wt%を混練したペーストをそれぞれの蛍光体毎に調製した。これをスクリーン印刷してから乾燥する操作を複数回にわたって繰り返し行うことにより、図5に示すように印刷された多孔質発光体層2を形成した。厚さは約120μm、幅約200μmになるように調整した。
In the present embodiment, paste in which α-
なお、多孔質発光体層は赤(R)、緑(G)及び青(B)の内のいずれかの発光が得られるように作製した。実際の表示装置等においては発光色毎に多孔質発光体層を順々に所定のパターン(例えば、ストライプ状)にそれぞれ印刷して、規則的に並べた多孔質発光体層を形成した。また、白色発光が得られる発光層を形成し、しかるのちにカラーフィルターで色の分離を行うことにより、所望の発光色が得られるようにすることも可能である。 In addition, the porous luminous body layer was produced so that light emission in any one of red (R), green (G), and blue (B) could be obtained. In an actual display device or the like, a porous light emitting layer was regularly printed in a predetermined pattern (for example, a stripe shape) for each emission color, thereby forming regularly arranged porous light emitting layers. It is also possible to form a light emitting layer capable of obtaining white light emission, and then perform color separation with a color filter to obtain a desired light emission color.
上記のようにして、多孔質発光体層2を印刷した基板5を最終的にN2雰囲気中において、400〜600℃で2〜5時間にわたって熱処理することにより、100μmの厚さの多孔質発光体層2を形成した。なお、多孔質発光体層の厚さは40〜280μmの範囲に亘って使用できるが、特に50〜120μmの範囲が好適である。
As described above, the
また、前記ペーストは蛍光体粒子に有機バンダーや有機溶剤を加えて調製したが、蛍光体粒子にコロイダルシリカ水溶液を加えたペーストを用いても同様の結果が得られた。 The paste was prepared by adding an organic bander or an organic solvent to the phosphor particles, but similar results were obtained using a paste obtained by adding an aqueous colloidal silica solution to the phosphor particles.
次に、図6に示すように隔壁11の上に、約30μmの厚さのA電極6とB電極7からなる一対のAgやPtなどの電極を形成したガラス板等の透光性基板8を貼付することにより、図1に示すような本実施の形態の発光素子が得られた。
Next, as shown in FIG. 6, a light-transmitting
なお、本実施の形態においては、上述のように多孔質発光体を形成してから隔壁を設けたが、隔壁を形成する順序は変更しても何ら差し支えない。例えば、図8に示す発光素子1では隔壁11を最初に形成してから、C電極17、誘電体層10及び多孔質発光体層2をそれぞれこの順に形成した。なお、上述したように隔壁11は上記の工程の途中で形成することも可能である。
In the present embodiment, the partition walls are provided after the porous light emitter is formed as described above. However, the order in which the partition walls are formed may be changed. For example, in the
また、図1に示す本実施の形態における発光素子では、一対の電極であるA電極6とB電極7は隔壁11の上に隔壁と透光性基板で挟持するように設けられている。図7は本実施の形態における多孔質発光体層2の断面を拡大した模式図であり、MgOからなる絶縁層4で均一に被覆された蛍光体粒子3を熱処理した結果、それぞれの粒子は互いに点接触した状態で多孔質発光体層を形成している様子を示している。本実施の形態においては一次電子が図7に示す多孔質構造を有する発光体層に注入されると、多孔質発光体層で沿面放電を発生し、電子増倍と紫外線を生じるようになり、その結果、蛍光体粒子の発光中心が励起されて多孔質発光層全体が効率よく発光する。発光体層が緻密な状態で形成されていると、発光が層表面のみで起こり全体に発光せず効率が落ちる。
Further, in the light emitting element in this embodiment mode shown in FIG. 1, the
上述したように、本実施の形態においては電子照射に基づく発光であるため、発光効率に優れること、高輝度化が達成できること及び発光素子の駆動電圧の低減に寄与することができるという利点がある。 As described above, since light emission is based on electron irradiation in this embodiment, there are advantages in that light emission efficiency is excellent, that high luminance can be achieved, and that the driving voltage of the light emitting element can be reduced. .
なお、本実施の形態においては発光素子の製造に際して、熱処理温度が比較的低く設定されているため、多孔質発光体層の気孔率は大きくなり、その密度は理論密度の10〜90%の範囲にある。気孔率が大きくなり、密度が理論密度で上記の範囲より小さくなると、発光効率が発光体層内部での気体放電がおこる。その結果、発光効率は低下することになり好ましくない。逆に、気孔率が10%以下の場合、すなわち密度が理論密度で90%より大きくなると、発光体層の内部での沿面放電の発生が阻害される。その結果、この場合も発光効率が低下する。因みに、密度が理論密度の10〜90%の範囲においては図7に示すように、蛍光体粒子が三次元的に隣り合うように互いに点接触している状態に近いものと推定される。 In this embodiment, since the heat treatment temperature is set to be relatively low when manufacturing the light emitting element, the porosity of the porous light emitting layer is increased, and the density is in the range of 10 to 90% of the theoretical density. It is in. When the porosity is increased and the density is smaller than the above range in terms of the theoretical density, gas emission occurs in the luminous body layer with the luminous efficiency. As a result, the luminous efficiency decreases, which is not preferable. On the contrary, when the porosity is 10% or less, that is, when the density is greater than 90% in theoretical density, the occurrence of creeping discharge inside the light emitting layer is inhibited. As a result, also in this case, the light emission efficiency is lowered. Incidentally, when the density is in the range of 10 to 90% of the theoretical density, as shown in FIG. 7, it is estimated that the phosphor particles are close to a state where they are in point contact with each other so as to be adjacent three-dimensionally.
なお、本実施の形態においては、蛍光体粒子3の表面をMgOからなる絶縁層4で被覆したものを使用したが、これはMgOの抵抗率が高く(109Ω・cm以上)、沿面放電を効率よく発生させることができるからである。絶縁層の抵抗率が低い場合には沿面放電が発生し難く、ときには蛍光体の一部が還元、短絡するおそれがあるため好ましくない。このような理由から蛍光体粒子は抵抗率が高い電気絶縁性金属酸化物で被覆することが望ましい。
In the present embodiment, the
勿論、使用する蛍光体粒子自体の抵抗率が高い場合には、絶縁性金属酸化物で被覆しなくても沿面放電が容易に発生する。本実施例で使用したPDP(プラズマディスプレイパネル)で主として使用されるBaMgAl10O17:Eu2+(青)、Zn2SiO4:Mn2+(緑)、YBO3:Eu3+(赤)等の蛍光体では、絶縁性金属酸化物で被覆しなくても沿面放電が容易に発生した。但し、絶縁性金属酸化物で被覆したほうが蛍光体の還元や短絡による発光効率の劣化が抑えられる。 Of course, when the resistivity of the phosphor particles to be used is high, creeping discharge is easily generated without coating with an insulating metal oxide. BaMgAl 10 O 17 : Eu 2+ (blue), Zn 2 SiO 4 : Mn 2+ (green), YBO 3 : Eu 3+ (red) mainly used in the PDP (plasma display panel) used in this example. With such phosphors, creeping discharge was easily generated without coating with an insulating metal oxide. However, the coating with the insulating metal oxide can suppress the deterioration of the luminous efficiency due to the reduction of the phosphor and the short circuit.
絶縁層としては、上記のMgO以外に、Y2O3、Li2O、CaO、BaO、SrO、Al2O3、SiO2、ZrO2から選択される少なくとも1つを用いることができる。これらの酸化物の標準生成自由エネルギーΔGf 0は非常に小さく(例えば、室温で−100kcal/mol以下)安定な物質である。また、これらの絶縁層は抵抗率が高く、還元され難い物質であるため、電子による蛍光体粒子の還元や劣化を抑制する保護膜としても優れていて、その結果蛍光体の耐久性も高くなり好都合である。 As the insulating layer, at least one selected from Y 2 O 3 , Li 2 O, CaO, BaO, SrO, Al 2 O 3 , SiO 2 and ZrO 2 can be used in addition to the above MgO. The standard free energy of formation ΔG f 0 of these oxides is very small (for example, −100 kcal / mol or less at room temperature) and is a stable substance. In addition, since these insulating layers have high resistivity and are difficult to reduce, they are excellent as protective films that suppress reduction and deterioration of phosphor particles due to electrons, resulting in high durability of the phosphor. Convenient.
また、絶縁層の形成には上述のゾル・ゲル法以外に化学吸着法や、CVD法、スパッタ法、蒸着法、レーザ法、剪断応力法などを用いる物理吸着法によって行うことも可能である。絶縁層は均質、均一であって剥離しないことが望ましく、絶縁層を形成する際には蛍光体の粒子を酢酸、シュウ酸、クエン酸などの弱酸溶液に浸漬し、表面に付着している不純物を洗浄することが好ましい。 In addition to the sol / gel method described above, the insulating layer can be formed by a physical adsorption method using a chemical adsorption method, a CVD method, a sputtering method, a vapor deposition method, a laser method, a shear stress method, or the like. It is desirable that the insulating layer is homogeneous and uniform and does not peel off. When forming the insulating layer, the phosphor particles are immersed in a weak acid solution such as acetic acid, oxalic acid or citric acid, and impurities adhering to the surface. Is preferably washed.
さらに、絶縁層を形成する前に蛍光体の粒子を窒素雰囲気中で200〜500℃、1〜5時間程度前処理することが望ましい。通常の蛍光体粒子は吸着水や結晶水を多量に含んでいる場合があり、このような状態で絶縁層を形成すると輝度低下や発光スペクトルのシフト等の寿命特性に好ましくない影響を及ぼすことになるからである。蛍光体の粒子を弱酸性溶液で洗浄する場合にはその後によく水洗してから上記の前処理を行う。 Furthermore, it is desirable to pre-process phosphor particles in a nitrogen atmosphere at 200 to 500 ° C. for about 1 to 5 hours before forming the insulating layer. Ordinary phosphor particles may contain a large amount of adsorbed water or crystal water, and if an insulating layer is formed in such a state, it may adversely affect the life characteristics such as brightness reduction and emission spectrum shift. Because it becomes. When the phosphor particles are washed with a weakly acidic solution, the above pretreatment is performed after thoroughly washing with water.
また、多孔質発光体層を形成する熱処理工程で留意すべきことは、熱処理温度と雰囲気である。本実施の形態では窒素雰囲気中で450〜1200℃の温度範囲で熱処理を施したために、蛍光体にドープされた希土類原子の価数に変化がなかった。しかし、上記の温度範囲より高温で処理するときには希土類原子の価数が変化することや、絶縁層と蛍光体からなる固溶体が発生する可能性があり、注意が必要である。さらに、熱処理温度の上昇と共に多孔質発光体層の密度が大きくなることにも注意が必要であり、これらのことから判断すると熱処理温度としては450〜1200℃の範囲が好ましい。熱処理雰囲気については、蛍光体粒子にドープされている希土類原子の価数に影響を及ぼさないようにするために窒素雰囲気が好ましい。 Moreover, what should be noted in the heat treatment step for forming the porous light-emitting layer is the heat treatment temperature and atmosphere. In this embodiment, since the heat treatment was performed in a temperature range of 450 to 1200 ° C. in a nitrogen atmosphere, there was no change in the valence of rare earth atoms doped in the phosphor. However, when processing at a temperature higher than the above temperature range, care must be taken because the valence of rare earth atoms may change and a solid solution composed of an insulating layer and a phosphor may be generated. Furthermore, it is necessary to pay attention to the fact that the density of the porous light-emitting layer increases as the heat treatment temperature rises. Judging from these facts, the heat treatment temperature is preferably in the range of 450 to 1200 ° C. As for the heat treatment atmosphere, a nitrogen atmosphere is preferable so as not to affect the valence of rare earth atoms doped in the phosphor particles.
絶縁層の厚さは、本実施の形態では0.1〜2.0μm程度としたが、これは蛍光体粒子の平均粒径や沿面放電を効率よく発生させることを考慮して決定される。蛍光体の平均粒径がサブミクロンオーダーになると、比較的薄く被覆する方がよい。絶縁層が厚くなると発光スペクトルのシフト、輝度低下等が発生するため好ましくない。逆に、絶縁層が薄くなると沿面放電がやや発生し難くなることが推定される。したがって、蛍光体粒子の平均粒径と絶縁層の厚さの関係は前者1に対して後者が1/10〜1/500の範囲にあることが望ましい。 The thickness of the insulating layer is set to about 0.1 to 2.0 μm in the present embodiment, but this is determined in consideration of the average particle diameter of the phosphor particles and efficient generation of creeping discharge. When the average particle size of the phosphor is on the order of submicron, it is better to coat relatively thinly. A thick insulating layer is not preferable because it causes a shift in emission spectrum, a decrease in luminance, and the like. Conversely, it is presumed that creeping discharge is slightly less likely to occur when the insulating layer becomes thinner. Therefore, the relationship between the average particle diameter of the phosphor particles and the thickness of the insulating layer is preferably in the range of 1/10 to 1/500 of the latter with respect to the former.
また、A電極6、B電極7に貴金属のAg、Pt等を用いたが、これは発光時に金属の酸化が激しく起こるためである。従って、例えばPDPで使用されているMgOコートを用いればCu、Ni等の卑金属を使用することが可能となる。
Further, noble metals such as Ag and Pt are used for the
次に、この発光素子1の発光作用について図1を参照しながら説明する。発光素子1を大気中で駆動するために、図1のA電極6とB電極7の間に交番電界を印加する。電界の印加により、誘電体層において分極の反転が繰り返される。
Next, the light emitting action of the
電圧の上昇により気体の絶縁破壊電圧に達すると、気体層100で絶縁破壊が起こり、一次電子や紫外線が発生する。そうすると、A電極とB電極間に配置されている誘電体層に接して設けられた多孔質発光体層に一次電子が注入される。多孔質構造を有する発光体層では、注入された一次電子の影響で沿面放電(電子雪崩)が発生し、電子増倍を招くようになる。その結果、多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて発光する。その際、誘電体層に接して設けられたC電極に電圧を印加することにより、発光体層の発光の強度を調整することができる。すなわち、C電極に正電圧を印加すれば、発光の程度が強くなり、逆に負電圧を印加すれば発光の程度が抑制され、さらに負電圧を大きくするとついには発光しなくなる。このように本実施の形態においては誘電体に接してC電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することができる。
When the breakdown voltage of the gas is reached due to the voltage rise, breakdown occurs in the
なお、一対の電極であるA電極とB電極に印加する交流電界の波形を、正弦波や鋸歯状波から矩形波に変えることにより、また周波数を数十Hzから数千Hz上げることにより電子の放出が非常に激しくなり、発光輝度が向上する。また、交流電界の電圧が上昇するにつれてバースト波が発生する。バースト波の発生周波数は、正弦波ではピークの直前、鋸歯状波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。多孔質発光体層で沿面放電が開始すると、紫外線や可視光線も発生するので、これらの光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。
By changing the waveform of the alternating electric field applied to the pair of electrodes A and B from a sine wave or sawtooth wave to a rectangular wave, and by increasing the frequency from several tens of Hz to several thousand Hz, The emission becomes very intense and the emission brightness is improved. A burst wave is generated as the voltage of the AC electric field increases. The generation frequency of the burst wave was generated just before the peak for the sine wave and at the peak for the sawtooth wave and the rectangular wave, and the emission luminance was improved as the burst wave voltage was increased. When creeping discharge is started in the porous light emitting layer, ultraviolet rays and visible light are also generated. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the
本実施の形態においては大気中で発光素子1の一対の電極AB間に0.70kVの電界を印加して蛍光体粒子3を発光させて、その後0.50kVの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子3の発光を持続させた。印加する電界は大きくなると電子の発生を促進するが、小さいとそれらの発生は不十分になる。
In the present embodiment, by applying an electric field of 0.70 kV between the pair of electrodes AB of the
次に、電極A−B間の電圧と、電極C−G(Gはグランド)間の電圧と発光強度の関係を説明する。図9Aは電極A−B間の電圧、図9Bは電極C−G間の電圧、図9Cは多孔質発光層の発光強度を示す。すなわち、電極A−B間に100V(1kHz)の矩形波の電力を印加し、電極C−G間に50V(1kHz)の矩形波の電力を印加すると、電極A−B間の電圧がHと電極C−G間の電圧がLとなる領域、及び電極A−B間の電圧がLと電極C−G間の電圧がHとなる領域で発光がONとなり、その他の領域では発光はオフとなった。これにより発光のスイッチ機能が発生した。 Next, the relationship between the voltage between the electrodes A and B, the voltage between the electrodes C and G (G is ground), and the emission intensity will be described. 9A shows the voltage between the electrodes A and B, FIG. 9B shows the voltage between the electrodes C and G, and FIG. 9C shows the emission intensity of the porous light emitting layer. That is, when a rectangular wave power of 100 V (1 kHz) is applied between the electrodes A and B and a rectangular wave power of 50 V (1 kHz) is applied between the electrodes CG, the voltage between the electrodes A and B is H. Light emission is ON when the voltage between the electrodes C-G is L, and when the voltage between the electrodes AB is L and the voltage between the electrodes C-G is H, and light emission is OFF in the other areas. became. This caused a light emission switch function.
次に、電極A−B間の電圧、及び/又は電極C−G間の電圧を高くすると、発光強度が高くなり、前記電圧を低くすると発光強度も低くなり、発光強度の調整ができた。すなわち、電極A−B間に100V(1kHz)の矩形波の電力を印加し、電極C−G間に25V(1kHz)の矩形波の電力を印加すると、前記発光領域の発光強度は10Cdであり、電極A−B間の電圧をそのまま保持した状態で電極C−G間に50V(1kHz)の矩形波の電力を印加すると、前記発光領域の発光強度は25Cdであり、75V(1kHz)の矩形波の電力を印加すると、前記発光領域の発光強度は50Cdであり、100V(1kHz)の矩形波の電力を印加すると、前記発光領域の発光強度は100Cdであった。このようにして、多孔質発光体層の発光の強度を調整でき、発光輝度の階調表示ができた。 Next, when the voltage between the electrodes A and B and / or the voltage between the electrodes C and G was increased, the emission intensity was increased, and when the voltage was decreased, the emission intensity was decreased and the emission intensity could be adjusted. That is, when a rectangular wave power of 100 V (1 kHz) is applied between the electrodes A and B and a rectangular wave power of 25 V (1 kHz) is applied between the electrodes CG, the light emission intensity of the light emitting region is 10 Cd. When a rectangular wave power of 50 V (1 kHz) is applied between the electrodes CG while maintaining the voltage between the electrodes A and B, the emission intensity of the light emitting region is 25 Cd, and a rectangular voltage of 75 V (1 kHz) is obtained. When wave power was applied, the emission intensity of the light emitting region was 50 Cd, and when 100 V (1 kHz) rectangular wave power was applied, the light emission intensity of the light emitting region was 100 Cd. In this way, the light emission intensity of the porous light-emitting layer could be adjusted, and the gradation of the light emission luminance could be displayed.
上記の理由を図10と図11を参照しながら説明する。図10はC電極17に正電圧が印加された場合における一次電子の放出の状態を示す模式図、図11はC電極に負電圧が印加された場合における一次電子の放出の状態を示す模式図である。一対の電極AB間での一次電子の放出は直進又は円弧を描いて対極へ向うが(図示せず)、第三の電極であるC電極を誘電体に接して設けた場合には事情は異なってくる。すなわち、電極A−B間の電圧がHと電極C−G間の電圧がLとなる領域、及び電極A−B間の電圧がLと電極C−G間の電圧がHとなる領域では、一次電子は図10のようにC電極の方向へ引っ張られながら放出されるのに対して、その他の領域では、一次電子は図11に示すようにC電極から遠ざかるようにして放出される。その結果、前者においては電子が多孔質発光体層へ効率よく注入されるため発光の程度は著しく増強されるが、他方後者の場合には発光体層への電子の注入が格段に抑制されるため発光しにくくなる。
The reason for this will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a schematic diagram showing a state of primary electron emission when a positive voltage is applied to the
また、本実施の形態においてはA、B及びC電極間の発光時におけるインピーダンスの関係はA電極とB電極間のインピーダンスをZAB、A電極とC電極間のインピーダンスをZAC及びC電極とB電極間のインピーダンスをZCAとすると、これら3者の関係がZAB>ZAC+ZCBになるように設定することが好ましく、本実施の形態においては上述のように多孔質発光体層、誘電体層、A、B及びC電極のディメンジョンと配置を調整し、A電極とB電極間における一次電子の放出を効率よく行った。 In the present embodiment, the impedance relationship between the A, B, and C electrodes is as follows: the impedance between the A electrode and the B electrode is Z AB , and the impedance between the A electrode and the C electrode is Z AC and the C electrode. Assuming that the impedance between the B electrodes is Z CA , it is preferable to set the relationship of these three so that Z AB > Z AC + Z CB . In the present embodiment, as described above, the porous luminous body layer, The dimensions and arrangement of the dielectric layer, A, B, and C electrodes were adjusted, and primary electrons were efficiently emitted between the A and B electrodes.
次に、本実施の形態における発光素子を、負圧にされた希ガス中において駆動した。具体的には図1の発光素子1を石英管中に挿入し、NeとXeの混合ガスをわずかに負圧の状態で封入した。
Next, the light-emitting element in this embodiment was driven in a rare gas having a negative pressure. Specifically, the light-emitting
発光素子1を駆動するために、A電極6とB電極7の間に交番電界を印加した。この場合、0.30kVの電界を印加して蛍光体粒子3を発光させて、その後0.20kVの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子3の発光を持続させた。負圧にすることで発光開始電圧を低下させることができた。
In order to drive the
その際、C電極(対極は接地)に一例として図9に示すような矩形波電圧を印加すると、電極A−B間の電圧がHと電極C−G間の電圧がLとなる領域、及び電極A−B間の電圧がLと電極C−G間の電圧がHとなる領域では0.15kVの正電圧が印加され発光の程度は著しく増強されるが、その他の領域では発光の程度は急激に抑制され、−0.15kVの負電圧が印加される領域では発光しなくなった。 At that time, when a rectangular wave voltage as shown in FIG. 9 is applied to the C electrode (counter electrode is grounded) as an example, a region where the voltage between the electrodes AB is H and the voltage between the electrodes CG is L, and In the region where the voltage between the electrodes A and B is L and the voltage between the electrodes C and G is H, a positive voltage of 0.15 kV is applied and the degree of light emission is remarkably enhanced. The light was suddenly suppressed and no light was emitted in a region where a negative voltage of -0.15 kV was applied.
次に、加圧にされた希ガス中において本実施の形態の発光素子を実際に駆動させた。具体的には図1の発光素子1を石英管中に挿入し、NeとXeの混合ガスをわずかに加圧の状態で封入した。
Next, the light-emitting element of this embodiment was actually driven in a pressurized rare gas. Specifically, the light-emitting
発光素子1を駆動するために、A電極6とB電極7の間に交番電界を印加した。この場合、大気中での駆動とほぼ同様に、0.70kVの電界を印加して蛍光体粒子3を発光させて、その後0.50kVの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子3の発光を持続させた。その結果、大気中での駆動と比較して著しく高輝度の発光が得られることから発光効率が良好であることが判明した。
In order to drive the
その際、C電極(対極は接地)に一例として図9に示すような矩形波電圧を印加すると、0.30kVの正電圧が印加される領域では発光の程度は著しく増強されるが、印加電圧が正電圧から負電圧に急に変化する領域では発光の程度は急激に抑制され、−0.30kVの負電圧が印加されるcd間では発光しなくなった。 At this time, when a rectangular wave voltage as shown in FIG. 9 is applied to the C electrode (counter electrode is grounded) as an example, the emission level is remarkably enhanced in a region where a positive voltage of 0.30 kV is applied. In the region where the voltage suddenly changes from the positive voltage to the negative voltage, the degree of light emission was rapidly suppressed, and light emission was stopped between cds to which a negative voltage of −0.30 kV was applied.
また、図8に示す本実施の形態の他の発光素子を大気中で実際に駆動させるに当たり、A電極6とB電極7の間に0.80kVの交番電界を印加して蛍光体粒子3を発光させて、その後は0.50kVの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子3の発光を持続させた。その結果、既述の図1に示す本実施の形態における発光素子と同様に著しく高輝度の発光が得られることが判明した。
Further, in actually driving the other light emitting element of the present embodiment shown in FIG. 8 in the atmosphere, an alternating electric field of 0.80 kV is applied between the
その際、C電極(対極は接地)に一例として図9に示すような矩形波電圧を印加すると、0.40kVの正電圧が印加される領域では発光の程度は著しく増強されるが、印加電圧が正電圧から負電圧に急に変化する領域では発光の程度は急激に抑制され、−0.40kVの負電圧が印加されるcd間では発光しなくなった。 At this time, when a rectangular wave voltage as shown in FIG. 9 is applied to the C electrode (counter electrode is grounded) as an example, the degree of light emission is remarkably enhanced in a region where a positive voltage of 0.40 kV is applied. In the region where the voltage suddenly changes from the positive voltage to the negative voltage, the degree of light emission was rapidly suppressed, and light emission was stopped between cds to which a negative voltage of −0.40 kV was applied.
また、一対の電極間における放電時の電流値は上記のいずれの場合にも0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。 In addition, the current value during discharge between the pair of electrodes is 0.1 mA or less in any of the above cases, and when the light emission starts, the light emission continues even if the voltage is reduced to about 50 to 80% of the applied voltage. Thus, it was confirmed that the phosphor particles of any of the three colors emit light with high brightness, high contrast, high recognizability, and high reliability.
上述したように、本実施の形態においては大気中のみならず、希ガスや減圧された気体中でも発光素子が駆動し発光することが確認された。 As described above, in the present embodiment, it has been confirmed that the light emitting element is driven to emit light not only in the atmosphere but also in a rare gas or a decompressed gas.
本実施の形態の発光素子によれば、厚膜プロセス等により多孔質発光体層を形成しているため、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。 According to the light emitting element of the present embodiment, since the porous light emitting layer is formed by a thick film process or the like, there is no need to use a thin film forming process when manufacturing the light emitting element as in the prior art, and a vacuum system or carrier Since no multiplication layer is required, the structure is simple, and manufacturing and processing are easy.
一対の電極間で発生した一次電子が多孔質発光体層に注入されて、発光層において沿面放電(電子雪崩)が発生し、その結果多孔質構造を有する発光体層の全体が均一に発光することから高輝度の発光が得られる。 Primary electrons generated between the pair of electrodes are injected into the porous light emitting layer, and creeping discharge (electron avalanche) is generated in the light emitting layer. As a result, the entire light emitting layer having a porous structure emits light uniformly. Therefore, light emission with high luminance can be obtained.
また、プラズマディスプレイで行われている紫外線による蛍光体の発光と比較すると、電子による発光では発光効率がきわめて良好である。さらに、大型ディスプレイで使用する際の消費電力が比較的小さい発光素子を提供することができる。なお、隔壁を形成することにより、発光のクロストークを容易に回避することが可能である。 In addition, the light emission efficiency is very good in the light emission by the electrons compared with the light emission of the phosphor by the ultraviolet rays performed in the plasma display. Furthermore, a light-emitting element with relatively low power consumption when used in a large display can be provided. Note that by forming the partition wall, light emission crosstalk can be easily avoided.
本実施の形態のように、誘電体に接してC電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することが可能になる。 By disposing the C electrode in contact with the dielectric as in the present embodiment, the degree of light emission of the porous light emitting layer can be adjusted.
(実施の形態2)
本実施の形態の発光素子を図12を参照しながら説明する。図12は本実施の形態における発光素子の断面図である。図12において100は気体層、1は発光素子、2は多孔質発光体層、6はA電極、7はB電極、8は透光性基板、10は誘電体層及び17はC電極である。
(Embodiment 2)
The light-emitting element of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view of the light-emitting element in this embodiment. In FIG. 12, 100 is a gas layer, 1 is a light emitting element, 2 is a porous light emitter layer, 6 is an A electrode, 7 is a B electrode, 8 is a translucent substrate, 10 is a dielectric layer, and 17 is a C electrode. .
先ず、図12に示すように、基板と兼用して、厚さ約400μmの比誘電率ε:2000、容量温度特性B特性のBaTiO3系の焼結体からなる誘電体層10を用意とた。その片面に幅250μ、深さ150μmの溝(凹部)を切削加工で設け、他の面にC電極として厚さ30μのAgペーストを焼き付けた。
First, as shown in FIG. 12, a
本実施の形態では誘電体としてBaTiO3系を用いたが、SrTiO3系、CaTiO3系、MgTiO3系、PZT(PbZrO3)系、PbTiO3系などの誘電体を用いても同様の効果が得られる。また、Al2O3系、MgO系、ZrO2系などの誘電体を用いても同様の効果が得られる。 In this embodiment, a BaTiO 3 system is used as the dielectric, but the same effect can be obtained by using a dielectric such as SrTiO 3 , CaTiO 3 , MgTiO 3 , PZT (PbZrO 3 ), or PbTiO 3. can get. The same effect can be obtained even when a dielectric such as Al 2 O 3 , MgO, or ZrO 2 is used.
上記の誘電体層10の表面の凹部に多孔質発光体層を塗布させる。本実施の形態における多孔質発光体層の作製には、平均粒径が2〜3μmのBaMgAl10O17:Eu2+(青)、Zn2SiO4:Mn2+(緑)、YBO3:Eu3+(赤)等の無機化合物からなる蛍光体粒子を用いた。蛍光体粒子3とコロイダルシリカ水溶液を混合しスプレーで塗布し、乾燥機で150℃、10〜30分乾燥させた。この工程を複数回繰り返し、さらに、はみ出した部分をふき取ることで凹部に厚み約120μmの多孔質発光体層2を形成した。
A porous light emitting layer is applied to the recesses on the surface of the
多孔質発光体層の密度が理論密度の90%以上になると、発光体層に電子が衝突した際、その表面では発光するが、電子が発光層の内部までは注入されないため、層内ではほとんど発光しないので発光効率が低いものとなる。そのため沿面放電により発生した電子が多孔質発光体層の内部へ円滑に注入され、多孔質発光体層の内部においても沿面放電が生じるように、本実施の形態における多孔質発光体の密度は理論密度の90%未満の多孔質構造を有するものであることが望ましい。逆に、多孔質発光体の密度が非常に小さくなり、すなわち気孔率がきわめて大きくなると、かえって発光効率が低下することや多孔質発光体層の内部において沿面放電が発生しにくくなるため密度は理論密度の10〜90%の範囲が好ましい。特に、50〜85%の範囲が好適である。 When the density of the porous light emitting layer is 90% or more of the theoretical density, when electrons collide with the light emitting layer, light is emitted on the surface, but electrons are not injected into the light emitting layer. Since no light is emitted, the light emission efficiency is low. Therefore, the density of the porous illuminant in this embodiment is theoretically such that electrons generated by the creeping discharge are smoothly injected into the porous illuminant layer, and the creeping discharge also occurs inside the porous illuminant layer. It is desirable to have a porous structure less than 90% of the density. On the contrary, if the density of the porous illuminant becomes very small, that is, if the porosity becomes extremely large, the luminous efficiency will decrease, and the creeping discharge will not easily occur inside the porous illuminant layer, so the density will be theoretical. A range of 10 to 90% of the density is preferred. In particular, a range of 50 to 85% is preferable.
また、本実施の形態の多孔質発光体層はコロイダルシリカを用いてスプレー塗布したが、有機溶剤等でペースト化しスクリーン印刷により誘電体層の上に多孔質発光体層を形成することも可能である。具体的には、実施の形態1と同様に絶縁層4を有する蛍光体粒子50wt%に対してα−テルピネオール45wt%、エチルセルロース5wt%を混練したペーストをそれぞれの蛍光体毎に調製し、これを誘電体層の表面に設けた溝(凹部)にスクリーン印刷してから乾燥する操作を複数回にわたって繰り返し行ってから600℃で熱処理することにより、所望の厚さの多孔質発光体層を形成することが可能である。
In addition, although the porous luminous body layer of this embodiment is spray-coated using colloidal silica, it is also possible to paste it with an organic solvent or the like and form the porous luminous body layer on the dielectric layer by screen printing. is there. Specifically, as in the first embodiment, a paste in which α-
しかるのちに、誘電体層の凸部に約30μmの厚さのA電極6とB電極7からなる一対のAgやPtなどの電極を形成したガラス板等の透光性基板8を貼付することにより、誘電体層の凸部は隔壁として機能させることができる。また、実施の形態1のように、A電極とB電極が隔壁を介在させて誘電体層に形成されている場合、すなわち異質の材料を介在させてそれぞれの電極が誘電体層に形成されている場合に比較すると、本実施の形態においては一対の電極が均一な材料である誘電体層に直に形成されていることから誘電体層の分極の反転により一次電子が効率よく発生し、その結果発光効率の向上に寄与することができる。なお、上述の発光素子の製造方法において、A電極とB電極は誘電体層の凸部に接して形成したが、必ずしもこのように形成する必要はなく透光性基板に接して形成しても差し支えない。そのように形成された発光素子の一例を図13に示す。
After that, a
次に、この発光素子1の発光作用について図12を参照しながら説明する。発光素子1を大気中で駆動するために、図12のA電極6とB電極7の間に交番電界を印加する。交番電界の印加により、誘電体層において分極の反転が繰り返される。
Next, the light emitting action of the
電圧の上昇により気体の絶縁破壊電圧に達すると、気体層100で絶縁破壊が起こり、一次電子や紫外線が発生する。A電極とB電極間に配置されている誘電体層に接して設けられた多孔質発光体層に一次電子が注入される。多孔質構造を有する発光体層では注入された一次電子の影響で沿面放電(電子雪崩)が発生し電子増倍を生じるようになる。その結果、多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて発光する。その際、誘電体層に接して設けられたC電極に電圧を印加することにより、発光体層の発光の程度を調整することができる。すなわち、C電極に正電圧を印加すれば、発光の程度が強くなり、逆に負電圧を印加すれば発光の程度が抑制され、さらに負電圧を大きくするとついには発光しなくなる。このように本実施の形態においては、誘電体に接してC電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の強度を調整できる。
When the breakdown voltage of the gas is reached due to the voltage rise, breakdown occurs in the
また、既述したように本実施の形態においては一対の電極が誘電体層に直に形成されていることから誘電体層の分極の反転により一次電子が効率よく発生し、その結果駆動電圧を低減することができる。 In addition, as described above, in this embodiment, since the pair of electrodes are formed directly on the dielectric layer, primary electrons are efficiently generated by reversing the polarization of the dielectric layer, and as a result, the driving voltage is reduced. Can be reduced.
なお、A電極とB電極からなる一対の電極に印加する交流電界の波形を正弦波や鋸歯状波から矩形波に変えることにより、また周波数を数十Hzから数千Hz上げることにより電子の放出が非常に激しくなり、発光輝度が向上する。また、交流電界の電圧が上昇するにつれてバースト波が発生する。バースト波の発生周波数は正弦波ではピークの直前、鋸歯状波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。多孔質発光体層で沿面放電が開始すると、紫外線や可視光線も発生するので、これらの光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。
Electrons are emitted by changing the waveform of the alternating electric field applied to the pair of electrodes consisting of the A and B electrodes from a sine wave or a sawtooth wave to a rectangular wave, and by increasing the frequency from several tens of Hz to several thousand Hz. Becomes very intense, and the luminance is improved. A burst wave is generated as the voltage of the AC electric field increases. The generation frequency of the burst wave was generated just before the peak for the sine wave and at the peak for the sawtooth wave and the rectangular wave, and the emission luminance improved as the burst wave voltage was increased. When creeping discharge is started in the porous light emitting layer, ultraviolet rays and visible light are also generated. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the
本実施の形態においては大気中で上記の一対の電極に0.70kVの交番電界を印加して蛍光体粒子3を発光させて、その後0.50kVの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子3の発光を持続させた。印加する電界は大きくなると電子の発生を促進するが、小さいとそれらの発生は不十分になる。
In the present embodiment, an alternating electric field of 0.70 kV is applied to the pair of electrodes in the atmosphere to cause the
その際、C電極(対極は接地)に一例として図9に示すような矩形波電圧を印加する場合、0.30kVの正電圧が印加される領域では発光の程度は著しく増強されるが、印加電圧が正電圧から負電圧に急に変化する領域では発光の程度は急激に抑制され、−0.30kVの負電圧が印加されるcd間では発光しなくなった。 At that time, when a rectangular wave voltage as shown in FIG. 9 is applied to the C electrode (counter electrode is grounded) as an example, the light emission level is remarkably enhanced in a region where a positive voltage of 0.30 kV is applied. In the region where the voltage suddenly changed from a positive voltage to a negative voltage, the degree of light emission was rapidly suppressed, and no light was emitted between cds to which a negative voltage of −0.30 kV was applied.
また、本実施の形態においてはA、B及びC電極間の発光時におけるインピーダンスの関係はA電極とB電極間のインピーダンスをZAB、A電極とC電極間のインピーダンスをZAC及びC電極とB電極間のインピーダンスをZCAとすると、これら3者の関係がZAB>ZAC+ZCBになるように設定することが好ましく、本実施の形態においては上述のように多孔質発光体層、誘電体層、A、B及びC電極のディメンジョンと配置を調整した。 In the present embodiment, the impedance relationship between the A, B, and C electrodes is as follows: the impedance between the A electrode and the B electrode is Z AB , and the impedance between the A electrode and the C electrode is Z AC and the C electrode. Assuming that the impedance between the B electrodes is Z CA , it is preferable to set the relationship of these three so that Z AB > Z AC + Z CB . In the present embodiment, as described above, the porous luminous body layer, The dimensions and arrangement of the dielectric layer, A, B, and C electrodes were adjusted.
なお、図13に示す本実施の形態における他の発光素子について大気中で実際に駆動させるに当たり、A電極6とB電極7の間に0.60kVの交番電界を印加して蛍光体粒子3を発光させて、その後は0.40kVの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子3の発光を持続させた。その結果、図12の発光素子と同様に著しく高輝度の発光が得られることが判明した。
In addition, when actually driving other light emitting elements in the present embodiment shown in FIG. 13 in the atmosphere, an alternating electric field of 0.60 kV is applied between the
その際、C電極(対極は接地)に一例として図9に示すような矩形波電圧を印加すると、0.30kVの正電圧が印加される領域では発光の程度は著しく増強されるが、印加電圧が正電圧から負電圧に急に変化する領域では発光の程度は急激に抑制され、−0.30kVの負電圧が印加されるcd間では発光しなくなった。 At this time, when a rectangular wave voltage as shown in FIG. 9 is applied to the C electrode (counter electrode is grounded) as an example, the emission level is remarkably enhanced in a region where a positive voltage of 0.30 kV is applied. In the region where the voltage suddenly changes from the positive voltage to the negative voltage, the degree of light emission was rapidly suppressed, and light emission was stopped between cds to which a negative voltage of −0.30 kV was applied.
また、一対の電極間における放電時の電流値は上記のいずれの場合にも0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。 In addition, the current value during discharge between the pair of electrodes is 0.1 mA or less in any of the above cases, and when the light emission starts, the light emission continues even if the voltage is reduced to about 50 to 80% of the applied voltage. Thus, it was confirmed that the phosphor particles of any of the three colors emit light with high brightness, high contrast, high recognizability, and high reliability.
上述したように、本実施の形態においては大気中のみならず、希ガスや減圧された気体中でも発光素子が駆動し発光することが確認された。 As described above, in the present embodiment, it has been confirmed that the light emitting element is driven to emit light not only in the atmosphere but also in a rare gas or a decompressed gas.
本実施の形態の発光素子によれば、厚膜プロセス等により多孔質発光体層を形成しているため、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。 According to the light emitting element of the present embodiment, since the porous light emitting layer is formed by a thick film process or the like, there is no need to use a thin film forming process when manufacturing the light emitting element as in the prior art, and a vacuum system or carrier Since no multiplication layer is required, the structure is simple, and manufacturing and processing are easy.
一対の電極間で発生した一次電子が多孔質発光体層に注入されて、発光層において沿面放電(電子雪崩)が発生し、その結果発光層全体が発光することから高輝度の発光が得られる。 Primary electrons generated between the pair of electrodes are injected into the porous light-emitting layer, and creeping discharge (electron avalanche) is generated in the light-emitting layer. As a result, the entire light-emitting layer emits light, thereby obtaining high-luminance light emission. .
また、プラズマディスプレイで行われている紫外線による蛍光体の発光と比較すると電子による発光では発光効率がきわめて良好である。さらに、大型ディスプレイで使用する際の消費電力が比較的小さい発光素子を提供することができる。なお、隔壁を形成することにより、発光のクロストークを容易に回避することが可能である。 In addition, the light emission efficiency is very good in the light emission by electrons compared with the light emission of the phosphor by the ultraviolet rays performed in the plasma display. Furthermore, a light-emitting element with relatively low power consumption when used in a large display can be provided. Note that by forming the partition wall, light emission crosstalk can be easily avoided.
本実施の形態のように、誘電体に接してC電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することが可能になる。 By disposing the C electrode in contact with the dielectric as in the present embodiment, the degree of light emission of the porous light emitting layer can be adjusted.
(実施の形態3)
本実施の形態の発光素子について図14を参照しながら説明する。図14は本実施の形態における発光素子の断面図である。図において100は気体層、1は発光素子、2は多孔質発光体層、6はA電極、7はB電極、8は透光性基板、10は誘電体層及び17はC電極である。
(Embodiment 3)
The light-emitting element of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a cross-sectional view of the light-emitting element in this embodiment. In the figure, 100 is a gas layer, 1 is a light emitting element, 2 is a porous light emitter layer, 6 is an A electrode, 7 is a B electrode, 8 is a translucent substrate, 10 is a dielectric layer, and 17 is a C electrode.
実施の形態3において、表面に凹部と凸部を形成していない比誘電率ε:2000、容量温度特性B特性のBaTiO3系の平滑な誘電体層10を用いたこと、厚さ約120μmの多孔質発光体層2を配備したこと及び一対の電極として厚さ150μmのA電極6とB電極7を誘電体層に形成したこと以外は実施の形態2と同様に発光素子を作製した。
In the third embodiment, the use of the BaTiO 3 -based smooth
次に、この発光素子1の発光作用について図14を参照しながら説明する。発光素子1を大気中で駆動するために、図14のA電極6とB電極7の間に交番電界を印加する。交番電界の印加により、誘電体層において分極の反転が繰り返される。
Next, the light emitting action of the
電圧の上昇により気体の絶縁破壊電圧に達すると、気体層100で絶縁破壊が起こり、一次電子や紫外線が発生する。A電極とB電極間に配置されている誘電体層に接して設けられた多孔質発光体層に一次電子が注入される。多孔質構造を有する発光体層では注入された一次電子の影響で沿面放電(電子雪崩)が発生し電子増倍を生じるようになる。その結果、多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて発光する。その際、誘電体層に接して設けられたC電極に電圧を印加することにより、発光体層の発光の程度を調整することができる。すなわち、C電極に正電圧を印加すれば、発光の程度が強くなり、逆に負電圧を印加すれば発光の程度が抑制され、さらに負電圧を大きくするとついには発光しなくなる。このように本実施の形態においては誘電体に接してC電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することに特徴を有するものである。
When the breakdown voltage of the gas is reached due to the voltage rise, breakdown occurs in the
また、本実施の形態においては一対の電極が誘電体層に直に形成され電極自体が隔壁を兼用していて、図14に示すようにやや高い電極を形成するだけで隔壁を設ける手間が省けて好都合である。上述のような位置関係を有する構成においてはA電極とB電極間に交番電圧が印加されると誘電体層での分極の反転の結果、発生した一次電子が多孔質発光体層を照射し易くなり、駆動電圧の低減に寄与することができる。すなわち、本実施の形態においては一対の電極であるA電極とB電極を直線で結ぶ位置に多孔質発光体層の少なくとも一部が存在していて、このような位置関係では放出された電子の多孔質発光体層への注入が効率よく行われる。 In the present embodiment, the pair of electrodes are formed directly on the dielectric layer, and the electrodes themselves also serve as the partition walls. As shown in FIG. Is convenient. In the configuration having the positional relationship as described above, when an alternating voltage is applied between the A electrode and the B electrode, the generated primary electrons easily irradiate the porous luminous body layer as a result of the reversal of polarization in the dielectric layer. Thus, the driving voltage can be reduced. That is, in the present embodiment, at least a part of the porous luminous body layer exists at a position where the A electrode and the B electrode, which are a pair of electrodes, are connected by a straight line. Injection into the porous luminescent layer is performed efficiently.
なお、A電極とB電極からなる一対の電極に印加する交流電界の波形を正弦波や鋸歯状波から矩形波に変えることにより、また周波数を数十Hzから数千Hz上げることにより電子の放出が非常に激しくなり、発光輝度が向上する。また、交流電界の電圧が上昇するにつれてバースト波が発生する。バースト波の発生周波数は正弦波ではピークの直前、鋸歯状波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。多孔質発光体層で沿面放電が開始すると、紫外線や可視光線も発生するので、これらの光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。
Electrons are emitted by changing the waveform of the alternating electric field applied to the pair of electrodes consisting of the A and B electrodes from a sine wave or a sawtooth wave to a rectangular wave, and by increasing the frequency from several tens of Hz to several thousand Hz. Becomes very intense, and the luminance is improved. A burst wave is generated as the voltage of the AC electric field increases. The generation frequency of the burst wave was generated just before the peak for the sine wave and at the peak for the sawtooth wave and the rectangular wave, and the emission luminance improved as the burst wave voltage was increased. When creeping discharge is started in the porous light emitting layer, ultraviolet rays and visible light are also generated. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the
本実施の形態の発光素子においては大気中で一対の電極に0.60kVの電界を印加して蛍光体粒子3を発光させて、その後0.40kVの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子3の発光を持続させた。
In the light emitting device of the present embodiment, an electric field of 0.60 kV is applied to a pair of electrodes in the atmosphere to cause the
その際、C電極(対極は接地)に一例として図9に示すような矩形波電圧を印加すると、0.30kVの正電圧が印加される領域では発光の程度は著しく増強されるが、印加電圧が正電圧から負電圧に急に変化する領域では発光の程度は急激に抑制され、−0.30kVの負電圧が印加されるcd間では発光しなくなった。 At this time, when a rectangular wave voltage as shown in FIG. 9 is applied to the C electrode (counter electrode is grounded) as an example, the emission level is remarkably enhanced in a region where a positive voltage of 0.30 kV is applied. In the region where the voltage suddenly changes from the positive voltage to the negative voltage, the degree of light emission was rapidly suppressed, and light emission was stopped between cds to which a negative voltage of −0.30 kV was applied.
また、一対の電極であるA電極とB電極間の放電時の電流値は上記のいずれの場合にも0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。 The current value during discharge between the pair of electrodes A and B is 0.1 mA or less in any of the above cases, and when light emission starts, the voltage drops to about 50 to 80% of the applied voltage. Even if it was made to emit light, it was confirmed that the light emission of all three colors of phosphor particles was high brightness, high contrast, high recognizability, and high reliability.
上述したように、本実施の形態においては大気中のみならず、希ガスや減圧された気体中でも発光素子が駆動し発光することが確認された。 As described above, in the present embodiment, it has been confirmed that the light emitting element is driven to emit light not only in the atmosphere but also in a rare gas or a decompressed gas.
本実施の形態の発光素子によれば、厚膜プロセス等により多孔質発光体層を形成しているため、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。 According to the light emitting element of the present embodiment, since the porous light emitting layer is formed by a thick film process or the like, there is no need to use a thin film forming process when manufacturing the light emitting element as in the prior art, and a vacuum system or carrier Since no multiplication layer is required, the structure is simple, and manufacturing and processing are easy.
一対の電極間で発生した一次電子が多孔質発光体層に注入されて、発光層において沿面放電(電子雪崩)が発生し、その結果発光体層の表面だけでなく多孔質構造を有する発光体層の全体が均一に満遍なく発光することから高輝度の発光が得られる。 Primary electrons generated between a pair of electrodes are injected into the porous luminescent layer, and creeping discharge (electron avalanche) occurs in the luminescent layer. As a result, the luminescent material has a porous structure as well as the surface of the luminescent layer. Since the entire layer emits light uniformly and uniformly, light emission with high luminance can be obtained.
また、プラズマディスプレイで行われている紫外線による蛍光体の発光と比較すると電子による発光では発光効率がきわめて良好である。さらに、大型ディスプレイで使用する際の消費電力が比較的小さい発光素子を提供することができる。なお、隔壁を形成することにより、発光のクロストークを容易に回避することが可能である。 In addition, the light emission efficiency is very good in the light emission by electrons compared with the light emission of the phosphor by the ultraviolet rays performed in the plasma display. Furthermore, a light-emitting element with relatively low power consumption when used in a large display can be provided. Note that by forming the partition wall, light emission crosstalk can be easily avoided.
本実施の形態のように、誘電体に接してC電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することが可能になる。 By disposing the C electrode in contact with the dielectric as in the present embodiment, the degree of light emission of the porous light emitting layer can be adjusted.
(実施の形態4)
本実施の形態の発光素子について図15を参照しながら説明する。図15は本実施の形態における発光素子の断面図である。図において100は気体層、1は発光素子、2は多孔質発光体層、5は基板、6はA電極、7はB電極、8は透光性基板、10は誘電体層、11は隔壁及び17はC電極である。
(Embodiment 4)
The light-emitting element of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a cross-sectional view of the light-emitting element in this embodiment. In the figure, 100 is a gas layer, 1 is a light emitting element, 2 is a porous light emitter layer, 5 is a substrate, 6 is an A electrode, 7 is a B electrode, 8 is a translucent substrate, 10 is a dielectric layer, and 11 is a partition wall. And 17 are C electrodes.
図15に示すように、本実施の形態の発光素子は実施の形態1とほぼ同様の方法で作製することが可能である。すなわち、実施の形態1においてセラミック製の基板5の代わりに表面に200μmの厚さの比誘電率ε:2000、容量温度特性B特性のBaTiO3系の誘電体層10があらかじめ所定の箇所に形成された基板5を使用したこと以外は実施の形態1と同様にして発光素子を作製した。すなわち、上述の基板を用いて厚膜形成の手法で隔壁、C電極、誘電体層及び多孔質発光体層をそれぞれ形成して図15に示すような本実施の形態の発光素子を作製した。
As shown in FIG. 15, the light-emitting element of this embodiment can be manufactured by a method almost similar to that of
次に、この発光素子1の発光作用について図15を参照しながら説明する。発光素子1を大気中で駆動するために、図15のA電極6とB電極7の間に交番電界を印加する。交番電界の印加により、誘電体層において分極の反転が繰り返される。
Next, the light emitting action of the
電圧の上昇により気体の絶縁破壊電圧に達すると、気体層100で絶縁破壊が起こり、一次電子や紫外線が発生する。A電極とB電極間に配置されている誘電体層に接して設けられた多孔質発光体層に一次電子が注入される。多孔質構造を有する発光体層では注入された一次電子の影響で沿面放電(電子雪崩)が発生し電子増倍を生じるようになる。その結果、多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて発光する。その際、誘電体層に接して設けられたC電極に電圧を印加することにより、発光体層の発光の程度を調整することができる。すなわち、C電極に正電圧を印加すれば、発光の程度が強くなり、逆に負電圧を印加すれば発光の程度が抑制され、さらに負電圧を大きくするとついには発光しなくなる。このように本実施の形態においては誘電体に接してC電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することに特徴を有するものである。
When the breakdown voltage of the gas is reached due to the voltage rise, breakdown occurs in the
なお、A電極とB電極からなる一対の電極に印加する交流電界の波形を正弦波や鋸歯状波から矩形波に変えることにより、また周波数を数十Hzから数千Hz上げることにより電子の放出が非常に激しくなり、発光輝度が向上する。また、交流電界の電圧が上昇するにつれてバースト波が発生する。バースト波の発生周波数は正弦波ではピークの直前、鋸歯状波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。多孔質発光体層で沿面放電が開始すると、紫外線や可視光線も発生するので、これらの光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。
Electrons are emitted by changing the waveform of the alternating electric field applied to the pair of electrodes consisting of the A and B electrodes from a sine wave or a sawtooth wave to a rectangular wave, and by increasing the frequency from several tens of Hz to several thousand Hz. Becomes very intense, and the luminance is improved. A burst wave is generated as the voltage of the AC electric field increases. The generation frequency of the burst wave was generated just before the peak for the sine wave and at the peak for the sawtooth wave and the rectangular wave, and the emission luminance improved as the burst wave voltage was increased. When creeping discharge is started in the porous light emitting layer, ultraviolet rays and visible light are also generated. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the
本実施の形態においては大気中で上記の一対の電極に0.50kVの電界を印加して蛍光体粒子3を発光させて、その後0.40kVの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子3の発光を持続させた。印加する電界は大きくなると電子の発生を促進するが、小さいとそれらの発生は不十分になる。
In the present embodiment, a creeping discharge is continued by applying an electric field of 0.50 kV to the pair of electrodes in the atmosphere to cause the
その際、C電極(対極は接地)に一例として図9に示すような矩形波電圧を印加すると、0.30kVの正電圧が印加される領域では発光の程度は著しく増強されるが、印加電圧が正電圧から負電圧に急に変化する領域では発光の程度は急激に抑制され、−0.30kVの負電圧が印加されるcd間では発光しなくなった。 At this time, when a rectangular wave voltage as shown in FIG. 9 is applied to the C electrode (counter electrode is grounded) as an example, the emission level is remarkably enhanced in a region where a positive voltage of 0.30 kV is applied. In the region where the voltage suddenly changes from the positive voltage to the negative voltage, the degree of light emission was rapidly suppressed, and light emission was stopped between cds to which a negative voltage of −0.30 kV was applied.
また、本実施の形態においてはA、B及びC電極間の発光時におけるインピーダンスの関係はA電極とB電極間のインピーダンスをZAB、A電極とC電極間のインピーダンスをZAC及びC電極とB電極間のインピーダンスをZCAとすると、これら3者の関係がZAB>ZAC+ZCBになるように設定することが好ましく、本実施の形態においては上述のように多孔質発光体層、誘電体層、A電極、及びB電極の配置とディメンジョンを調整した。 In the present embodiment, the impedance relationship between the A, B, and C electrodes is as follows: the impedance between the A electrode and the B electrode is Z AB , and the impedance between the A electrode and the C electrode is Z AC and the C electrode. Assuming that the impedance between the B electrodes is Z CA , it is preferable to set the relationship of these three so that Z AB > Z AC + Z CB . In the present embodiment, as described above, the porous luminous body layer, The arrangement and dimensions of the dielectric layer, the A electrode, and the B electrode were adjusted.
さらに、本実施の形態においては図15に示すように、C電極を誘電体層に埋設させたものであり、その埋設の位置により、上述したインピーダンスの相互関係を調整することができる。また、C電極に印加する電圧の調整も行うことができるので好都合である。 Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 15, the C electrode is embedded in the dielectric layer, and the above-described impedance correlation can be adjusted by the position of the embedded. Further, it is convenient because the voltage applied to the C electrode can be adjusted.
また、一対の電極であるA電極とB電極間の放電時の電流値は上記のいずれの場合にも0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。 The current value during discharge between the pair of electrodes A and B is 0.1 mA or less in any of the above cases, and when light emission starts, the voltage drops to about 50 to 80% of the applied voltage. Even if it was made to emit light, it was confirmed that the light emission of all three colors of phosphor particles was high brightness, high contrast, high recognizability, and high reliability.
上述したように、本実施の形態においては大気中のみならず、希ガスや減圧された気体中でも発光素子が駆動し発光することが確認された。 As described above, in the present embodiment, it has been confirmed that the light emitting element is driven to emit light not only in the atmosphere but also in a rare gas or a decompressed gas.
本実施の形態の発光素子によれば、厚膜プロセス等により多孔質発光体層を形成しているため、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。 According to the light emitting element of the present embodiment, since the porous light emitting layer is formed by a thick film process or the like, there is no need to use a thin film forming process when manufacturing the light emitting element as in the prior art, and a vacuum system or carrier Since no multiplication layer is required, the structure is simple, and manufacturing and processing are easy.
一対の電極間で発生した一次電子が多孔質発光体層に注入されて、発光層において沿面放電(電子雪崩)が発生し、その結果発光することから高輝度の発光が得られる。 Primary electrons generated between the pair of electrodes are injected into the porous light-emitting layer, and creeping discharge (electron avalanche) is generated in the light-emitting layer. As a result, light is emitted, whereby high-luminance light emission is obtained.
また、プラズマディスプレイで行われている紫外線による蛍光体の発光と比較すると電子による発光では発光効率がきわめて良好である。さらに、大型ディスプレイで使用する際の消費電力が比較的小さい発光素子を提供することができる。なお、隔壁を形成することにより、発光のクロストークを容易に回避することが可能である。 In addition, the light emission efficiency is very good in the light emission by electrons compared with the light emission of the phosphor by the ultraviolet rays performed in the plasma display. Furthermore, a light-emitting element with relatively low power consumption when used in a large display can be provided. Note that by forming the partition wall, light emission crosstalk can be easily avoided.
本実施の形態のように、誘電体に接してC電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することが可能になる。 By disposing the C electrode in contact with the dielectric as in the present embodiment, the degree of light emission of the porous light emitting layer can be adjusted.
(実施の形態5)
本実施の形態の発光素子において、特に多孔質発光体層について図16と図17を参照しながら説明する。
(Embodiment 5)
In the light-emitting element of this embodiment, a porous light-emitting layer will be described in particular with reference to FIGS.
図16と図17は本実施の形態における多孔質発光体層の断面を拡大した模式図である。これらの図において、2は多孔質発光体層、3は蛍光体粒子、4は絶縁層、18は絶縁性繊維である。図18に示すように絶縁性ビーズ400を存在させても良い。
16 and 17 are schematic views in which the cross section of the porous light emitting layer in the present embodiment is enlarged. In these figures, 2 is a porous luminescent layer, 3 is a phosphor particle, 4 is an insulating layer, and 18 is an insulating fiber. Insulating
本実施の形態においては蛍光体粒子表面の絶縁層の有無によらず、蛍光体粒子とセラミックやガラスビーズ等の絶縁性繊維18又は絶縁性ビーズ400からなる多孔質発光体層2を形成した。絶縁性繊維18の一例として、SiO2−Al2O3−CaO系の繊維を使用し、その直径は0.1〜5μm、長さは0.5〜20μmであることが好ましく、この範囲のサイズの繊維を蛍光体粒子2重量部、繊維1重量部の割合で混合して用いることにより気孔率が比較的大きくなり、その結果沿面放電が多孔質発光体層内部で満遍なく発生するようになり好ましいものとなる。本実施の形態においては多孔質発光体層を形成する際に、蛍光体粒子と絶縁性繊維の混合物50wt%に対してα−テルピネオール45wt%、エチルセルロース5wt%を混練したペーストを調製し、実施の形態1と同様にペーストをスクリーン印刷して多孔質発光体層を形成した。このようにして得られた絶縁性繊維18を含有する多孔質発光体層の断面を拡大した模式図を図16と図17に示す。図16は表面が絶縁層4で被覆された蛍光体粒子3と絶縁性繊維18からなる多孔質発光体層2であり、図17は蛍光体粒子3と絶縁性繊維からなる多孔質発光体層である。
In the present embodiment, the porous
また、図25は直径約10μmのSiO2系のガラスビーズ200を含有する多孔質発光体層2を用いた発光素子の断面図、図26は多孔質発光体層2の部分拡大断面図を示す。図27はSiO2−Al2O3−CaO系の繊維300を多孔質発光体層に存在させた断面図である。
FIG. 25 is a cross-sectional view of a light-emitting element using the porous light-emitting
このような多孔質発光体層を用いて実施の形態1と同様の発光素子を作製した。
A light-emitting element similar to that of
絶縁性繊維としてSiO2−Al2O3−CaO系の繊維又はSiO2系のビーズを選定した理由は、熱的、化学的に安定で抵抗率が109Ω・cm以上であること、多孔質発光体層において10〜90%の大きな気孔率が容易に得られること、及び繊維の表面で放電が発生し易く結果的に多孔質発光体層全体で沿面放電の発生が可能になることからである。なお、上記以外にSiC、ZnO、TiO2、MgO、BN、Si3N4系のものを含有する絶縁性繊維又はビーズを用いてもほぼ同様の結果が得られる。 The reason why SiO 2 —Al 2 O 3 —CaO fibers or SiO 2 beads are selected as the insulating fibers is that they are thermally and chemically stable and have a resistivity of 10 9 Ω · cm or more, porous A large porosity of 10 to 90% is easily obtained in the phosphor layer, and discharge is likely to occur on the surface of the fiber, resulting in occurrence of creeping discharge in the entire porous phosphor layer. It is. In addition to the above, substantially the same result can be obtained by using insulating fibers or beads containing SiC, ZnO, TiO 2 , MgO, BN, or Si 3 N 4 series.
次に、この発光素子1の発光作用について図15を参照しながら説明する。発光素子1を大気中で駆動するために、図15のA電極6とB電極7の間に交番電界を印加する。交番電界の印加により、誘電体層において分極の反転が繰り返される。
Next, the light emitting action of the
電圧の上昇により気体の絶縁破壊電圧に達すると、気体層100で絶縁破壊が起こり、一次電子や紫外線が発生する。A電極とB電極間に配置されている誘電体層に接して設けられた多孔質発光体層に一次電子が注入される。多孔質構造を有する発光体層では注入された一次電子の影響で沿面放電(電子雪崩)が発生し電子増倍を生じるようになる。その結果、多孔質発光体層の蛍光体粒子の発光中心が励起されて発光する。その際、誘電体層に接して設けられたC電極に電圧を印加することにより、発光体層の発光の程度を調整することができる。すなわち、C電極に正電圧を印加すれば、発光の程度が強くなり、逆に負電圧を印加すれば発光の程度が抑制され、さらに負電圧を大きくするとついには発光しなくなる。このように本実施の形態においては誘電体に接してC電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することに特徴を有するものである。
When the breakdown voltage of the gas is reached due to the voltage rise, breakdown occurs in the
なお、A電極とB電極からなる一対の電極に印加する交流電界の波形を正弦波や鋸歯状波から矩形波に変えることにより、また周波数を数十Hzから数千Hz上げることにより電子の放出が非常に激しくなり、発光輝度が向上する。また、交流電界の電圧が上昇するにつれてバースト波が発生する。バースト波の発生周波数は正弦波ではピークの直前、鋸歯状波や矩形波ではピ−ク時に発生し、バースト波の電圧を上げるに従い発光輝度が向上した。多孔質発光体層で沿面放電が開始すると、紫外線や可視光線も発生するので、これらの光線による蛍光体粒子3の劣化を抑制する必要があり、発光開始後には電圧を低減させる方が好ましい。
Electrons are emitted by changing the waveform of the alternating electric field applied to the pair of electrodes consisting of the A and B electrodes from a sine wave or a sawtooth wave to a rectangular wave, and by increasing the frequency from several tens of Hz to several thousand Hz. Becomes very intense, and the luminance is improved. A burst wave is generated as the voltage of the AC electric field increases. The generation frequency of the burst wave was generated just before the peak for the sine wave and at the peak for the sawtooth wave and the rectangular wave, and the emission luminance improved as the burst wave voltage was increased. When creeping discharge is started in the porous light emitting layer, ultraviolet rays and visible light are also generated. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration of the
本実施の形態においては大気中で、いずれの発光素子においても上記の一対の電極に0.50kVの電界を印加して蛍光体粒子3を発光させて、その後0.40kVの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて蛍光体粒子3の発光を持続させた。印加する電界は大きくなると電子の発生を促進するが、小さいとそれらの発生は不十分になる。
In the present embodiment, in the atmosphere, an electric field of 0.50 kV is applied to the pair of electrodes in any light emitting element to cause the
その際、C電極(対極は接地)に一例として図9に示すような矩形波電圧を印加すると、0.30kVの正電圧が印加される領域では発光の程度は著しく増強されるが、印加電圧が正電圧から負電圧に急に変化する領域では発光の程度は急激に抑制され、−0.30kVの負電圧が印加されるcd間では発光しなくなった。 At this time, when a rectangular wave voltage as shown in FIG. 9 is applied to the C electrode (counter electrode is grounded) as an example, the emission level is remarkably enhanced in a region where a positive voltage of 0.30 kV is applied. In the region where the voltage suddenly changes from the positive voltage to the negative voltage, the degree of light emission was rapidly suppressed, and light emission was stopped between cds to which a negative voltage of −0.30 kV was applied.
また、一対の電極間における放電時の電流値は上記のいずれの場合にも0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。 In addition, the current value during discharge between the pair of electrodes is 0.1 mA or less in any of the above cases, and when the light emission starts, the light emission continues even if the voltage is reduced to about 50 to 80% of the applied voltage. Thus, it was confirmed that the phosphor particles of any of the three colors emit light with high brightness, high contrast, high recognizability, and high reliability.
上述したように、本実施の形態においては大気中のみならず、希ガスや減圧された気体中でも発光素子が駆動し発光することが確認された。 As described above, in the present embodiment, it has been confirmed that the light emitting element is driven to emit light not only in the atmosphere but also in a rare gas or a decompressed gas.
本実施の形態の発光素子によれば、厚膜プロセス等により多孔質発光体層を形成しているため、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。
一対の電極間で発生した一次電子が多孔質発光体層に注入されて、発光層において沿面放電(電子雪崩)が発生し、その結果多孔質発光体層の内部まで全体が発光することから高輝度の発光が得られる。
According to the light emitting element of the present embodiment, since the porous light emitting layer is formed by a thick film process or the like, there is no need to use a thin film forming process when manufacturing the light emitting element as in the prior art, and a vacuum system or carrier Since no multiplication layer is required, the structure is simple, and manufacturing and processing are easy.
Primary electrons generated between a pair of electrodes are injected into the porous luminescent layer, and creeping discharge (electron avalanche) occurs in the luminescent layer. As a result, the entire interior of the porous luminescent layer emits light. Luminous emission is obtained.
また、プラズマディスプレイで行われている紫外線による蛍光体の発光と比較すると電子による発光では発光効率がきわめて良好である。さらに、大型ディスプレイで使用する際の消費電力が比較的小さい発光素子を提供することができる。なお、隔壁を形成することにより、発光のクロストークを容易に回避することが可能である。 In addition, the light emission efficiency is very good in the light emission by electrons compared with the light emission of the phosphor by the ultraviolet rays performed in the plasma display. Furthermore, a light-emitting element with relatively low power consumption when used in a large display can be provided. Note that by forming the partition wall, light emission crosstalk can be easily avoided.
本実施の形態のように、誘電体に接してC電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することが可能になる。 By disposing the C electrode in contact with the dielectric as in the present embodiment, the degree of light emission of the porous light emitting layer can be adjusted.
(実施の形態6)
本実施の形態の表示装置とその動作について図19を参照しながら説明する。図19は本実施の形態における表示装置の分解斜視図である。図において、2は多孔質発光体層、5は基板、8は透光性基板、10は誘電体層、11は隔壁、21はアドレス電極(C電極)、22aは表示電極(A電極)、22bは表示電極(B電極)及び30は表示装置である。
(Embodiment 6)
The display device of this embodiment and its operation will be described with reference to FIG. FIG. 19 is an exploded perspective view of the display device in this embodiment. In the figure, 2 is a porous luminescent layer, 5 is a substrate, 8 is a translucent substrate, 10 is a dielectric layer, 11 is a partition, 21 is an address electrode (C electrode), 22a is a display electrode (A electrode),
このような本実施の形態における発光素子のアレイは実施の形態1で記述した方法で作製することができる。すなわち、基板5に上にアドレス電極21、その上に誘電体層10と多孔質発光体層2をそれぞれこの順に形成し、しかるのちに隔壁11を形成し、最終的に表示電極22a,22bを形成した透光性基板8を隔壁11に貼付したものである。なお、本実施の形態においては上述のように多孔質発光体を形成してから、隔壁を設けたが、隔壁を最初に形成してからC電極、誘電体層及び多孔質発光体層をそれぞれこの順に形成しても差し支えなく、また隔壁は上記の工程の途中で随時に形成してもよい。
Such an array of light-emitting elements in this embodiment can be manufactured by the method described in
得られた発光素子のアレイの概要は図19に示すように、基板5の上に約250μmの間隔を隔てて、高さ約130μm、幅約50μm隔壁11がストライプ状に配置されていて、このような隔壁の間に赤(R)緑(G)及び青(B)の発色が得られるように幅約200μm、厚さ約100μmのストライプ状の多孔質発光体層2が配置されている。多孔質発光体層の下面にはそれに接して約200μmの厚さのストライプ状の誘電体層10が形成され、またこの誘電体層の下面にはそれに接して実施の形態1で記述したC電極に対応するアドレス電極21がストライプ状に形成されている。このように構成された発光素子のアレイの上に透光性基板8が配置される。透光性基板8の多孔質発光体層2に対向する面には実施の形態1で記述したように、ストライプ状のITOからなるA電極とB電極からなる一対の電極に対応する表示電極22a,22bが上記のアドレス電極21に交差するように約100μmの間隔で隔てられて形成されている。
As shown in FIG. 19, an outline of the resulting array of light-emitting elements is such that
なお、上述の図19に示した発光素子1のアレイは多孔質発光体層2と隔壁11をいずれもストライプ状に配列したものであるが、本実施の形態の他の発光素子アレイとして多孔質発光体層2を格子状に並べたものを実施の形態1と同様の方法で作製することも可能であり、誘電体層10に接して形成された多孔質発光体層2の複数個を格子状に配列した発光素子アレイを図20に示す。このような発光素子のアレイにおいては、図示のように格子状の隔壁をそれぞれの発光素子の単体を囲繞するように厚膜形成の手法を用いて形成すれば、発光の際のクロストークを確実に回避することが可能になる。
Note that the array of the
次に、この発光素子アレイの発光作用については図19と図20を参照しながら説明する。それぞれの発光素子のアレイを大気中で駆動するために、表示電極に交番電界を印加する。交番電界の印加により、誘電体層において分極の反転が繰り返される。 Next, the light emitting action of the light emitting element array will be described with reference to FIGS. An alternating electric field is applied to the display electrodes in order to drive each array of light emitting elements in the atmosphere. By applying the alternating electric field, the polarization inversion is repeated in the dielectric layer.
電圧がしだいに上昇し、気体の絶縁破壊電圧に達すると一次電子が発生するようになる。多孔質発光体層は放出された電子で照射され、電子は発光体層に注入される。その結果、本発明の多孔質構造を有する発光体層で沿面放電(電子雪崩)が発生し、電子増倍を生じるようになり、多孔質発光体層を構成する蛍光体粒子の発光中心が電子で励起されて発光する。その際、アドレス電極に電圧を印加することにより、発光体層の発光のON/OFFを行うことができる。すなわち、アドレス電極に正電圧を印加すれば、発光がONになり、逆に負電圧を印加すれば発光がOFFになる。このように本実施の形態はアドレス電極を誘電体層に接して配置することにより、多孔質発光体層の発光のON/OFFを行わせる。 When the voltage gradually increases and reaches the dielectric breakdown voltage of the gas, primary electrons are generated. The porous phosphor layer is irradiated with the emitted electrons, and the electrons are injected into the phosphor layer. As a result, creeping discharge (electron avalanche) occurs in the phosphor layer having the porous structure of the present invention, resulting in electron multiplication, and the emission center of the phosphor particles constituting the porous phosphor layer is an electron. Excites and emits light. At that time, light emission of the light emitting layer can be turned ON / OFF by applying a voltage to the address electrode. That is, if a positive voltage is applied to the address electrode, light emission is turned on, and conversely, if a negative voltage is applied, light emission is turned off. As described above, in the present embodiment, the address electrode is arranged in contact with the dielectric layer, thereby turning on / off the light emission of the porous light emitter layer.
本実施の形態においては、いずれの発光素子アレイにおいても表示電極に0.71kVの電界を印加して蛍光体粒子3を発光させて、その後0.50kVの交番電界を印加することにより、沿面放電を継続して行わせて多孔質発光体層2発光を持続させた。印加する電界は大きくなると電子の発生を促進するが、小さいとそれらの発生は不十分になる。また、発光が持続している状態でアドレス電極に−0.62kVの電圧を印加することにより発光を停止することができた。
In the present embodiment, in any light emitting element array, a 0.71 kV electric field is applied to the display electrode to cause the
上述したように、このような本実施の形態における表示装置の特性は実施の形態1における単一素子とほぼ同じであった。 As described above, the characteristics of the display device in this embodiment are almost the same as those of the single element in the first embodiment.
また、本実施の形態においてはA、B及びC電極間の発光時におけるインピーダンスの関係はA電極とB電極間のインピーダンスをZAB、A電極とC電極間のインピーダンスをZAC及びC電極とB電極間のインピーダンスをZCAとすると、これら3者の関係がZAB>ZAC+ZCBに設定されていて、こうすることで発光素子の駆動に好ましいものとなる。 In the present embodiment, the impedance relationship between the A, B, and C electrodes is as follows: the impedance between the A electrode and the B electrode is Z AB , and the impedance between the A electrode and the C electrode is Z AC and the C electrode. When the impedance between the B electrodes is Z CA , the relationship between these three is set as Z AB > Z AC + Z CB , and this is preferable for driving the light emitting element.
また、上記の発光素子アレイにおいて表示電極間の放電時の電流値はいずれの場合にも0.1mA以下であり、発光がはじまると電圧を印加時の50〜80%程度に低下させても発光が継続し、三色いずれの蛍光体粒子の発光においても高輝度、高コントラスト、高認識性、高信頼性の発光であることが確認された。 Further, in the above light emitting element array, the current value during discharge between the display electrodes is 0.1 mA or less in all cases, and when light emission starts, light emission occurs even when the voltage is reduced to about 50 to 80% of the applied voltage. As a result, it was confirmed that the light emission of all three colors of phosphor particles was high brightness, high contrast, high recognizability, and high reliability.
本実施の形態においては実施の形態1の発光素子と同様に大気中のみならず、希ガスや減圧された気体中でも発光素子が駆動し発光することが確認された。
In this embodiment mode, as in the case of the light emitting device of
本実施の形態の発光素子アレイによれば、実施の形態1と同様に厚膜プロセス等により多孔質発光体層を形成しているため、従来のように発光素子の作製に際して薄膜形成プロセスを用いることがなく、真空系やキャリア増倍層を必要としないので構造が簡単であり、製造や加工も容易である。
一対の電極である表示電極の間で発生した一次電子が多孔質発光体層に注入されて、発光層において沿面放電(電子雪崩)が発生し、その結果発光することから高輝度の発光が得られる。
According to the light-emitting element array of the present embodiment, the porous light-emitting layer is formed by a thick film process or the like as in the first embodiment. Since no vacuum system or carrier multiplication layer is required, the structure is simple, and manufacturing and processing are easy.
Primary electrons generated between the pair of display electrodes are injected into the porous luminous body layer, and creeping discharge (electron avalanche) is generated in the light emitting layer. As a result, light is emitted, resulting in high luminance emission. It is done.
また、プラズマディスプレイで行われている紫外線による蛍光体の発光と比較すると電子による発光では発光効率がきわめて良好である。さらに、大型ディスプレイで使用する際の消費電力が比較的小さい発光素子を提供することができる。 In addition, the light emission efficiency is very good in the light emission by electrons compared with the light emission of the phosphor by the ultraviolet rays performed in the plasma display. Furthermore, a light-emitting element with relatively low power consumption when used in a large display can be provided.
さらに、本実施の形態においては隔壁を形成することが容易に行えるため、発光のクロストークを回避するのに好都合である。 Further, in this embodiment mode, a partition wall can be easily formed, which is convenient for avoiding light emission crosstalk.
このように構成された本実施の形態における発光素子のアレイに2次元の映像を表示することができる。すなわち、本実施の形態の発光素子1では所謂単純マトリックス駆動が可能であり、表示電極に順次パルス信号を送り、そのタイミングに合わせてアドレス電極にON/OFF情報を入れることによりアドレス電極と表示電極の交差する箇所の画素をON/OFFに応じて発光させて1ラインを表示する。走査パルスを順次切り替えることにより、2次元の像が表示できる。また、マトリックス状に配置された画素の1つ1つにトランジスタを置き、それぞれの画素をON/OFFすることによりアクティブ駆動も可能になる。
A two-dimensional image can be displayed on the array of light emitting elements in this embodiment configured as described above. That is, the light-emitting
本実施の形態においては図19と図20に示すように、多孔質発光体層の間に隔壁を設けて発光のクロストークを確実に回避しているが、特に図20に示す発光素子アレイの場合、それぞれの発光素子は互いに分離されているため、わざわざ隔壁を設置しなくても発光のクロストークはほぼ解消される。 In this embodiment, as shown in FIG. 19 and FIG. 20, a partition is provided between the porous light emitter layers to surely avoid crosstalk of light emission. In particular, the light emitting element array shown in FIG. In this case, since the respective light emitting elements are separated from each other, the crosstalk of light emission is almost eliminated without the need to install a partition wall.
図21は本実施の形態の多孔質発光体層からなる発光素子のアレイで構成されてなる表示パネルを用いた表示モジュールのブロック図を示す。図示するように、先ず表示情報は画像メモリ23に蓄積され、続いて情報は表示コントローラ24の指示でタイミング・コントローラ25が受け取る。そして、最終的に表示情報はタイミング・コントローラ、Xドライバー26及びYドライバー27からなるドライバーICにより映像として表示パネル28に映し出される。このような本実施の形態における多孔質発光体層からなる発光素子で構成される表示パネルはプラズマディスプレイで行われている紫外線による蛍光体の発光と比較すると発光効率がきわめて良好であり、消費電力が比較的小さくなるといった特徴を有するものである。
FIG. 21 is a block diagram of a display module using a display panel formed of an array of light emitting elements composed of a porous light emitting layer according to this embodiment. As shown in the figure, display information is first stored in the
本実施の形態のように、誘電体に接してC電極を配置することにより、多孔質発光体層の発光の程度を調整することが可能になる。 By disposing the C electrode in contact with the dielectric as in the present embodiment, the degree of light emission of the porous light emitting layer can be adjusted.
[産業上の利用可能性]
本発明は蛍光体層として多孔質発光体層を用いるものであり、簡単な構成により発光が得られることから発光素子における発光体として有用である。また、本発明は多孔質発光体層への電子の注入による沿面放電による発光であり、発光効率の優れた発光が得られるために一般のディスプレイ用の発光体として有用である。従来のような蛍光体層の形成に薄膜形成プロセス使用することがなく、真空系やキャリア増倍層も必要としないので加工が容易であるという特徴を有するものであり、かつ消費電力も少ないことから大型ディスプレイの作製にも有用である。さらに、本発明は多孔質発光体層からなる発光素子であり、発光素子間に隔壁の設置が比較的容易であることから発光のクロストークの回避に有用である。
[Industrial applicability]
The present invention uses a porous light-emitting layer as a phosphor layer, and is useful as a light-emitting body in a light-emitting element because light emission can be obtained with a simple structure. Further, the present invention is light emission by creeping discharge by injection of electrons into the porous light-emitting layer, and it is useful as a light-emitting material for general displays because light emission with excellent light emission efficiency can be obtained. It does not use a thin film formation process to form a phosphor layer as in the past, and it has features that it is easy to process because it does not require a vacuum system or a carrier multiplication layer, and it also has low power consumption. It is also useful for manufacturing large displays. Furthermore, the present invention is a light-emitting element composed of a porous light-emitting body layer, and since it is relatively easy to install partition walls between the light-emitting elements, it is useful for avoiding light emission crosstalk.
1 発光素子
2 多孔質発光体層
3 蛍光体粒子
4 絶縁層
5 基板
6 A電極
7 B電極
8 透光性基板
10 誘電体層
11 隔壁
17 C電極
18 絶縁性繊維
21 アドレス電極
22a,22b 表示電極
23 画像メモリ
24 表示コントローラ
25 タイミング・コントローラ
26 Xドライバー
27 Yドライバー
28 表示パネル
30 発光素子アレイ
100 気体層
200 ガラスビーズ
300 SiO2−Al2O3−CaO系繊維
400 絶縁性ビーズ
DESCRIPTION OF
Claims (22)
前記多孔質発光体層は前記誘電体層に接して配置され、
前記気体層は前記多孔質発光体層に接して配置され、
前記A電極と前記B電極からなる前記一対の電極は前記誘電体層の少なくとも一部に電界が印加されるように配置され、
前記C電極は前記誘電体層に電界が印加されるように前記誘電体層に接して配置されていることを特徴とする発光素子。 A light emitting device comprising a gas layer, a dielectric layer, a porous light emitter layer, a pair of electrodes consisting of an A electrode and a B electrode, and a C electrode,
The porous phosphor layer is disposed in contact with the dielectric layer;
The gas layer is disposed in contact with the porous light emitter layer;
The pair of electrodes composed of the A electrode and the B electrode are arranged so that an electric field is applied to at least a part of the dielectric layer,
The light emitting device, wherein the C electrode is disposed in contact with the dielectric layer so that an electric field is applied to the dielectric layer.
ZAB>ZAC+ZCB
である請求項1に記載の発光素子。 The relationship between the impedance Z AB between the A electrode and the B electrode, the impedance Z AC between the A electrode and the C electrode, and the impedance Z CA between the C electrode and the B electrode at the time of light emission of the porous phosphor layer is as follows:
Z AB > Z AC + Z CB
The light emitting device according to claim 1.
Priority Applications (1)
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