JP2008034199A

JP2008034199A - 分散型電界発光素子

Info

Publication number: JP2008034199A
Application number: JP2006204925A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Shimamura; 隆之島村; Shuzo Matsuda; 秀三松田; Shigeru Sugawara; 繁菅原; Masaki Kawasaki; 正樹川崎; Katsuyuki Aoki; 克之青木
Original assignee: MT Picture Display Co Ltd
Current assignee: MT Picture Display Co Ltd
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】高い発光効率を備え且つ低電圧駆動が可能な分散型電界発光素子を提供する。
【解決手段】分散型電界発光素子は発光層３０を備える。発光層３０は、蛍光体粒子３１と、蛍光体粒子３１とは別に生成され且つ蛍光体粒子３１の表面に付着した一種類以上のキャリア輸送性粒子３２とを含む複合構造蛍光体粒子３３を含有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、分散型電界発光素子に関する。

近年、軽量・薄型で消費電力が少なく、かつ形状の自由度に優れた面発光素子として電界発光（ＥＬ）素子が注目されている。特に、発光層中に蛍光体を分散させた分散型電界発光素子は、製造プロセスが簡易なため、バックライトや各種照明などとして実用化が進められている。

分散型電界発光素子の代表的な構成例を図３に示す。発光を取り出す側に設けられる透明基板１０上に透明電極２０が形成され、その透明電極２０上に発光層３０が設けられている。発光層３０内では、蛍光体３５が透明性媒体３４中に分散され支持されている。発光層３０上には背面電極４０が配置されている。発光層３０に対して前面側（図３の紙面の下側）に配置された透明電極２０と背面側に配置された背面電極４０との間に交流電圧を印加することによって発光層３０内に電界が形成され、蛍光体３５が発光する。この発光は、透明電極２０及び透明基板１０を通して前面側から取り出される。蛍光体３５としては、通常、（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ）、（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ）、（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｍｎ，Ｃｌ）などの粒子が用いられる。図４に示すように、Ｃｕ_XＳ針状結晶３７が発光母材であるＺｎＳ粒子３６の格子欠陥に沿って析出し、その部分がキャリア注入源になっていると考えられている。

このような蛍光体３５は粒子径が数１０μｍ程度であるので、発光層３０の厚みは５０〜１００μｍ程度になる。一般に、蛍光体３５の粒子径が小さいほど発光層３０の薄膜化が可能であると共に発光層３０の膜質の均一化及び緻密化が向上するので実際的メリットが大きいとされる。

現在、蛍光体の粒子径を小さくするためにエッチング処理、機械的粉砕、或いは分級などの方法が用いられている。ところが、このようにして粒子径が小さくされた蛍光体は、一般に輝度低下などの問題があった。これは、上記の蛍光体では発光母材の結晶欠陥や粒界に発光機構が導入されており、発光機構の大きさや数に輝度が左右されやすいが、発光機構を多くしようとして結晶欠陥などを増加すると結晶性が損なわれるので蛍光体の結晶性をある程度以上あげることができないからである。また、エッチング処理、機械的粉砕、或いは分級などによって粒子径を小さくした場合、粒子径は５μｍ程度が限界であり、この程度に粒子径を小さくすると、小径化による効果より、結晶へのダメージが大きくなる。そのため、蛍光体の結晶性を保ちつつ発光機構を確保するには粒子径を数１０μｍ程度にせざるを得ず、したがって、発光層を薄くすることが出来ず、膜質の均一性及び緻密性の悪化を招き、高発光効率化、低電圧駆動化が困難であった。

上記の課題を解決し、微粒子化された蛍光体が特許文献１に開示されている。図５に示すように、この蛍光体５０は、発光中心が添加された超微粒子である発光材料５１と、この表面を覆う、発光材料５１と物質又は性質が異なる生成層５２とを備える。発光材料５１と生成層５２との界面にヘテロ接合又はＰ−Ｎ接合が形成されて発光機構が導入される。
特開昭６３−６６２８２号公報

しかしながら、図５に示す蛍光体５０でも高い発光効率を得られないという課題があった。その理由を以下に述べる。

一般的に蛍光体は熱や水分によってダメージを受けやすい。従って、発光材料５１の表面に酸化膜又は窒化膜である生成層５２を形成する際には、蛍光体がダメージを受けないように温度、湿度、雰囲気などの条件を設定する必要がある。このような制限された条件下では、結晶性の高い生成層５２を得ることはできない。その結果、生成層５２がキャリア注入源として十分に機能しないので、高い発光効率を得ることができないのである。

本発明は、上記の従来の課題を解決し、蛍光体にダメージを与えずに蛍光体表面にキャリア注入源を設けることで、高い発光効率を備え且つ低電圧駆動が可能な分散型電界発光素子を提供することを目的とする。

本発明の分散型電界発光素子は、蛍光体粒子と、前記蛍光体粒子とは別に生成され且つ前記蛍光体粒子の表面に付着した一種類以上のキャリア輸送性粒子とを含む複合構造蛍光体粒子が含有された発光層を備えることを特徴とする。

本発明によれば、高い発光効率を備え且つ低電圧駆動が可能な分散型電界発光素子を提供できる。

図２に示すように、本発明の分散型電界発光素子の発光層に含有される複合構造蛍光体粒子３３は、蛍光体粒子３１と、この蛍光体粒子３１の表面に付着した一種類以上のキャリア輸送性粒子３２とを含む。電界が印加された時のキャリア輸送性材料から蛍光体へのキャリアの注入は、双方の電子帯をキャリアが移動して注入される場合とトンネル効果によりキャリアが注入される場合との２つが考えられる。本発明のキャリア輸送性粒子３２は蛍光体粒子３１とは別に生成されているので、キャリア輸送性粒子３２を結晶化させるのに十分な条件で生成することができる。従って、キャリア輸送性粒子３２の結晶化を高めて、キャリア輸送性粒子３２のキャリア移動度を高めることができる。これにより、電界印加時に蛍光体に注入されるキャリアの量が増大するので、発光効率を高めることができる。

前記キャリア輸送性粒子が一種類以上の正孔輸送性粒子を含むことが好ましい。これにより、電界印加時に蛍光体に正孔が注入されるため、蛍光体内の電子を注入キャリアの運動エネルギーで励起する必要がなくなる。従って、低電圧印加時においても蛍光体内でキャリア再結合が起き易くなる。その結果、より低電圧駆動が可能な分散型電界発光素子を提供できる。

本発明の分散型電界発光素子は、蛍光体粒子と、前記蛍光体粒子とは別に生成され且つ前記蛍光体粒子の表面に付着した二種類以上のキャリア輸送性粒子とを含む複合構造蛍光体粒子が含有された発光層を備えることが好ましい。一般にキャリア輸送性材料ごとに印加電圧−キャリア注入量特性が異なる。従って、複数種類のキャリア輸送性粒子を蛍光体粒子に付着させることにより、所望の印加電圧−キャリア注入量特性を得ることが出来る。

この場合において、前記キャリア輸送性粒子が一種類以上の正孔輸送性粒子と一種類以上の電子輸送性粒子とを含むことが好ましい。これにより、電界印加時に蛍光体に正孔及び電子の双方が注入されるため、蛍光体内で電子と正孔との再結合が起きやすくなる。その結果、より低電圧駆動が可能な電界発光素子を提供できる。

前記キャリア輸送性粒子が、導体又は半導体が厚さ１０ｎｍ以下の絶縁体でコーティングされた粒子を含むことが好ましい。このような粒子は、高電界が印加された時にトンネル効果によりキャリアを放出する性質を持つため、キャリア輸送性を有している。更に、電極間に電圧をかけた時に絶縁体がリーク電流を低減する。従って、発光効率のより高い分散型電界発光素子を提供できる。

前記蛍光体粒子の平均粒子径が０．０１μｍ〜５μｍであることが好ましい。これにより、発光層を薄膜化することが可能になり、且つ発光層の膜質をより均一化及び緻密化することができる。従って、発光効率のより高い分散型電界発光素子を提供できる。

前記キャリア輸送性粒子の平均粒子径が０．０１μｍ〜５μｍであることが好ましい。これにより、発光層を薄膜化することが可能になり、且つ発光層の膜質をより均一化及び緻密化することができる。従って、発光効率のより高い分散型電界発光素子を提供できる。

前記蛍光体粒子がドナーアクセプター対発光型蛍光体を含むことが好ましい。これにより、発光効率を更に向上させることができる。これは以下の理由による。局在発光中心型の蛍光体は、運動エネルギーを持った注入キャリアが衝突することによる励起でないと発光しないため、印加電圧が高くなる傾向がある。これに対して、ドナーアクセプター対発光型の蛍光体は、正孔輸送性の材料を用いて正孔を注入することにより低電圧の印加でも発光するので、分散型電界発光素子を低電圧駆動することができるからである。

前記キャリア輸送性粒子がＣｕＡｌＯ₂を含むことが好ましい。ＣｕＡｌＯ₂はｐ型半導体であり、そのバンドギャップは３．５ｅＶと広い。また、正孔注入性のために分散型電界発光素子を低電圧駆動することができる。更に、可視光の吸収が少ないため発光の取り出しロスを低減できる。その結果、高発光効率の分散型電界発光素子を提供できる。

前記キャリア輸送性粒子の総重量が前記蛍光体粒子の総重量に対して０．００５％〜５％であることが好ましい。キャリア輸送性粒子の総重量が蛍光体粒子の総重量に対して０．００５％未満であると、キャリア輸送性粒子から蛍光体粒子へ注入されるキャリアが少なすぎるので、分散型電界発光素子の発光効率を向上させることが困難となる。キャリア輸送性粒子の総重量が蛍光体粒子の総重量に対して５％を超えるとキャリア注入量の増加による発光量の増加よりも発光をキャリア輸送性粒子が吸収する量が上回り、分散型電界発光素子の発光効率を向上させることが困難となる。

以下、本発明の分散型電界発光素子の好適な実施形態を図面を参照しつつ具体的に説明する。

１．分散型電界発光素子の構成
本実施形態の分散型電界発光素子の概略構成を図１に示す。発光を取り出す側に設けられる透明基板１０上に透明電極２０が形成され、その透明電極２０上に発光層３０が設けられている。発光層３０内では、蛍光体粒子３１と、蛍光体粒子３１とは別に生成され且つ蛍光体粒子３１の表面に付着した一種類以上のキャリア輸送性粒子３２とを含む複合構造蛍光体粒子３３が透明性媒体３４中に分散され支持されている。発光層３０上には背面電極４０が配置されている。発光層３０に対して前面側（図１の紙面の下側）に配置された透明電極２０と背面側に配置された背面電極４０との間に交流電圧を印加することによって発光層３０内に電界が形成される。これにより、キャリア輸送性粒子３２から蛍光体粒子３１にキャリアが注入され、蛍光体粒子３１内でキャリアの再結合が生じて発光が生じる。

２．各構成要素について
（１）透明基板
透光基板１０は、分散型電界発光素子を支持する基板であり、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視域の光の透過率が５０％以上で、その表面が平滑であることが望ましい。具体的にはガラス板、ポリマー板などを用いることができる。

（２）透明電極
透明電極２０は、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視域の光の透過率が５０％以上であることが好ましく、具体的にはＩＴＯ，ＳｎＯ₂，ＺｎＯなどを用いることができる。

（３）蛍光体粒子
蛍光体粒子３１は、局在発光中心型およびドナーアクセプター対発光型のどちらでも良いが、後者の方が正孔輸送性の材料を用いて正孔を注入することにより低電圧の印加でも発光するため好ましい。局在発光中心型の蛍光体としては（ＺｎＳ：Ｍｎ）、（Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ）などを例示でき、ドナーアクセプター対発光型の例としては（ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ）、（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ）などを例示できる。

蛍光体粒子の平均粒子径は０．０１μｍ〜５μｍであることが好ましい。これにより、発光層３０を薄膜化することが可能になり、且つ発光層３０の膜質をより均一化及び緻密化することができる。従って、発光効率の高い分散型電界発光素子を得ることができる。

（４）キャリア輸送性粒子
キャリア輸送性粒子３２は、一種類以上の正孔輸送性粒子及び／又は電子輸送性粒子を含むことが望ましい。

電子輸送性粒子としては金属、ｎ型半導体、又は電子輸送性有機材料を用いることができ、金属としてはＡｕ，Ａｌ，Ｃｕを例示でき、ｎ型半導体としてはＩＴＯ，ＳｎＯ₂，ＺｎＯを例示でき、電子輸送性有機材料としては８−ヒドロキシキノリンなどを例示できる。

正孔輸送性粒子としてはｐ型半導体、正孔輸送性有機材料を用いることができ、ｐ型半導体としてはＣｕ_XＳ、ＣｕＡｌＯ₂、ＮｉＯを例示でき、正孔輸送性有機材料としてはフタロシアニン銅などを例示できる。正孔輸送性粒子としては、可視光の吸収が少なく発光の取り出しロスを低減できる理由から、バンドギャップが広いＣｕＡｌＯ₂を特に好適に用いることができる。

キャリア輸送性粒子３２は、電子又は正孔輸送性の導体（金属）又は半導体を、厚さ１０ｎｍ以下のＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃などの絶縁体でコーティングした粒子であるとより好ましい。導体又は半導体を厚さ１０ｎｍ以下の絶縁体でコーティングした粒子は、高電界が印加された時にトンネル効果によりキャリアを放出する性質を持つため、キャリア輸送性を有している。更に、電極間に電圧をかけた時に絶縁体がリーク電流を低減する。従って、高発光効率の分散型電界発光素子を得ることができる。

（５）透明性媒体
透明性媒体３４は、キャリア輸送性粒子３２が付着もしくは接合した蛍光体粒子３１を支持する。透明性媒体３４は、絶縁体であり、かつ波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視域の光の透過率が５０％以上であることが望ましい。また、透明性媒体３４の誘電率は高いほうがキャリア輸送性粒子３２および蛍光体粒子３１に印加される電界が高くなるため望ましい。透明性媒体３４としては、シリコーンオイル、シアノエチル化セルロース系樹脂などを例示できる。また、透明性媒体３４の誘電率を上げる目的で、チタン酸バリウム等の高誘電体粉末を透明性媒体３４中に分散させても良いし、背面電極４０と発光層３０との間に誘電体層を設けても良い。

（６）背面電極
背面電極４０としては、導電率の高い材料を用いることが電力ロスを低減する観点から好ましく、かつ波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視域の光の反射率の高い材料を用いることが前面側への発光の取り出し効率を向上できる観点から好ましい。背面電極４０としては、Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕなど金属類を好適に使用することができる。

次に、本発明の効果を、具体的な実施例に基づいて説明する。

（実施例１）
（１）発光層ペーストの作成
平均粒子径１００ｎｍのＣｕＡｌＯ₂粒子０．００５ｇをエタノール１ｇに分散させ、その分散液に平均粒子径４μｍの（ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ）からなるＣＲＴ用青色蛍光体粒子５ｇを添加して、混練した後１００℃で乾燥させて、（ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ）蛍光体粒子にＣｕＡｌＯ₂粒子が付着した複合構造蛍光体粒子を得た。平均粒子径の測定には、堀場製作所製粒度分布測定装置ＬＡ−７００を使用した。一方、溶剤としてのジメチルホルムアミドにシアノエチル化セルロース系樹脂を溶解し、シアノエチル化セルロース系樹脂を２０重量パーセント含む溶液を作成した。この溶液３ｇに対して前記複合構造蛍光体粒子を３ｇを加えて混練し発光層ペーストを得た。

（２）分散型電界発光素子の作成
図１に示すように、透明基板１０としての厚さ１ｍｍのガラス基板上に、透明電極２０として厚さ０．５μｍのインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜をスパッタリング法により形成した。その上に（１）で得られた発光層ペーストをスクリーン印刷法で塗布し、１５０℃１０分で乾燥させて発光層３０を形成した。乾燥後の発光層３０の厚さは１０μｍであった。その上にＡｌを厚さ０．２μｍ蒸着し背面電極４０を形成して分散型電界発光素子を得た。

（実施例２）
平均粒子径１００ｎｍのＣｕＡｌＯ₂粒子０．００５ｇをエタノール１ｇに分散させ、その分散液に平均粒子径４μｍの（ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ）からなるＣＲＴ用青色蛍光体粒子５ｇを添加して、混練した後４５０℃で焼成させて、（ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ）蛍光体粒子にＣｕＡｌＯ₂粒子が付着した複合構造蛍光体粒子を得た。以降は実施例１と同様の方法で分散型電界発光素子を得た。

（実施例３）
平均粒子径１００ｎｍのＣｕＡｌＯ₂粒子０．００５ｇと平均粒子径８０ｎｍのアンチモン錫酸化物（ＡＴＯ）を厚さ５ｎｍのＳｉＯ₂でコーティングした粒子０．００５ｇとをエタノール１ｇに分散させ、その分散液に平均粒子径４μｍの（ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ）からなるＣＲＴ用青色蛍光体粒子５ｇを添加して、混練した後４５０℃で焼成させて、（ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ）蛍光体粒子にＣｕＡｌＯ₂粒子およびＳｉＯ₂でコーティングされたＡＴＯ粒子が付着した複合構造蛍光体粒子を得た。以降は実施例１と同様の方法で分散型電界発光素子を得た。

（比較例１）
複合構造蛍光体粒子の代わりに平均粒子径３０μｍの（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ）からなる分散型電界発光素子用蛍光体粒子を用いた点と、発光層３０の厚さを１００μｍとした点を除いて、実施例１と同様の方法で分散型電界発光素子を得た。

（評価）
実施例１〜３および比較例１の電界発光素子を交流電源に接続して、１００Ｖ４００Ｈｚの正弦波電圧を印加して輝度を測定した。結果を表１に示す。実施例１〜３は比較例１に対して輝度の向上が認められた。

本発明の利用分野は特に制限はなく、高い発光効率を備え且つ低電圧駆動が可能であることから、例えばバックライトや各種照明装置として利用することができる。

図１は本発明の分散型電界発光素子の一実施形態の概略構成を示す断面図である。図２は本発明の分散型電界発光素子の発光層に含有される複合構造蛍光体の一例を示す断面図である。図３は、従来の分散型電界発光素子の一例の概略構成を示す断面図である。図４は従来の分散型電界発光素子用蛍光体を示す図である。図５は従来の別の分散型電界発光素子用蛍光体を示す断面図である。

符号の説明

１０透光基板
２０透明電極
３０発光層
３１蛍光体粒子
３２キャリア輸送性粒子
３３複合構造蛍光体粒子
３４透明媒体
３５蛍光体
３６ＺｎＳ粒子
３７Ｃｕ_XＳ針状結晶
４０背面電極
５０蛍光体
５１発光材料
５２生成層

Claims

蛍光体粒子と、前記蛍光体粒子とは別に生成され且つ前記蛍光体粒子の表面に付着した一種類以上のキャリア輸送性粒子とを含む複合構造蛍光体粒子が含有された発光層を備えることを特徴とする分散型電界発光素子。
前記キャリア輸送性粒子が一種類以上の正孔輸送性粒子を含む請求項１に記載の分散型電界発光素子。
蛍光体粒子と、前記蛍光体粒子とは別に生成され且つ前記蛍光体粒子の表面に付着した二種類以上のキャリア輸送性粒子とを含む複合構造蛍光体粒子が含有された発光層を備えることを特徴とする分散型電界発光素子。
前記キャリア輸送性粒子が一種類以上の正孔輸送性粒子と一種類以上の電子輸送性粒子とを含む請求項３に記載の分散型電界発光素子。
前記キャリア輸送性粒子が、導体又は半導体が厚さ１０ｎｍ以下の絶縁体でコーティングされた粒子を含む請求項１〜４のいずれかに記載の分散型電界発光素子。
前記蛍光体粒子の平均粒子径が０．０１μｍ〜５μｍである請求項１〜５のいずれかに記載の分散型電界発光素子。
前記キャリア輸送性粒子の平均粒子径が０．０１μｍ〜５μｍである請求項１〜６のいずれかに記載の分散型電界発光素子。
前記蛍光体粒子がドナーアクセプター対発光型蛍光体を含む請求項１〜７のいずれかに記載の分散型電界発光素子。
前記キャリア輸送性粒子がＣｕＡｌＯ₂を含む請求項１〜８のいずれかに記載の分散型電界発光素子。
前記キャリア輸送性粒子の総重量が前記蛍光体粒子の総重量に対して０．００５％〜５％である請求項１〜９のいずれかに記載の分散型電界発光素子。